在日全食期间，研究人员可以了解哪些关于生态系统和环境的知识？

美国和墨西哥的科学家正在进行为期一天的数据收集行动，以记录2024年日全食如何影响地球上生命的各个方面。在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，作物科学和植物生物学教授卡尔·伯纳奇（Carl Bernacchi）和他的同事们将专注于大气和生态系统规模对日食的反应。Bernacchi 与 新闻局生命科学编辑戴安娜·耶茨（Diana Yates） 关于计划的内容以及它如何适应更大的研究工作。
 
请描述一下总体研究工作。
 
在生态系统科学中，环境的重大短期扰动为更好地了解生物学的关键物理驱动因素提供了极好的机会。例如，日食使我们能够研究太阳辐射的快速和极端变化如何影响大气、环境和其中的生态系统。
 
沿着阴影路径的研究人员聚集在一起，利用现有的科学基础设施来测量环境的关键方面如何因日食而变化，以及这些变化如何改变生态系统的功能
 
全世界已经建立了数百个监测系统，用于测量物理环境和主要生态系统过程。收集这些数据的研究人员为全球数据库做出了贡献，该数据库促进了从地方到全球范围的生态系统了解的机会。在伊利诺伊大学，我们有 10 个这样的系统。这些安装在大学的实验田和商业农业场所。
 
监测系统跟踪生态系统正在做什么，同时还精确测量环境变量，如太阳辐射、湍流、温度、湿度和风速。这些变量对于跟踪生态系统-大气相互作用和了解生态系统功能至关重要。
 
日食使我们能够进行一种大规模的实验，否则这是不可能的。虽然所研究的所有环境本质上都是可变的，但没有机会在如此广阔的地理环境中施加如此重大的变化。在这种情况下，月球在日食路径上的多种陆地类型上施加了类似的“处理”。
 
伊利诺伊大学有什么样的监控系统？他们收集哪些数据？
 
测量系统称为涡协方差塔。这个名字来源于“涡流”，即流体或气体响应湍流的运动;以及“协方差”，这是一种统计方法，用于计算生态系统和大气之间的水、能源、二氧化碳或其他温室气体的通量。
 
监测系统一年中的每一天每秒测量大气中的风湍流和气体浓度10次。其中一些系统已经连续运行了 25 年以上。每个还包括一个气象测量站，就像一个典型的气象站，但有更多、更复杂的传感器来测量环境。
 
这些系统为我们了解中西部的碳和水循环做出了重大贡献，并有助于理解全球过程。伊利诺伊大学作物科学、植物生物学和草原研究所的研究人员使用这些技术在玉米、大豆、草原植物和生物能源原料生态系统中收集数据。
 
在日食期间，数据收集过程会改变吗？如果是这样，如何？
 
每秒 10 次的高分辨率数据收集过程不会改变。但气象数据通常以 5 到 10 秒的间隔收集，平均为 30 分钟的值。鉴于日食的高度动态性质，我们正在将气象数据收集过程的频率调整为每秒1次测量，并存储5秒的平均值。这将使我们能够捕捉环境变量快速变化对从物理学到生物学的过程的影响。
 
您希望这些数据如何为未来的工作提供信息？
 
日食是罕见的现象，虽然它们对环境和生态系统的几个方面产生了巨大的影响，但这些影响是短暂的。然而，扰动系统是理解驱动该系统的机制的好方法。对系统的机理理解可以更好地预测系统将如何响应各种未来条件。作为一名生态系统科学家，我很高兴能了解日食的剧烈变化如何影响生态系统的生物学。目标是利用我们学到的知识来构建更好的生态系统模型。这些模型用于从预测作物产量到全球碳循环的方方面面。
 
你看过以前的日食数据吗？如果是这样，你发现了什么？
 
我们很幸运地获得了2017年日食的数据，显示随着月亮遮住太阳，生态系统的功能发生了重大变化。但是，一个由研究人员组成的基层网络并没有那么专注于建立以更高分辨率收集数据的国际努力。 研究人员将2017年的日食视为失去的机会，努力确保这次更加协调一致。此外，我们的传感技术一直在改进，因此我们今天的能力比七年前要好得多。
 
国家数据将保存在哪里？它会向公众开放吗？
 
每个使用涡度协方差技术的研究人员都在研究他们自己的研究问题。然而，大多数人也将他们的数据贡献给一个大型的国际“Fluxnet”数据库，该数据库使世界上任何人都可以免费获得数据。该资源包括几十年前的数据，其中最古老的站点之一是伊利诺伊大学。
 
虽然人们对这些数据将提供什么很感兴趣，但我最兴奋的是将我们的数据添加到一个全球数据库中，该数据库将可供来自广泛学科的科学家使用。