陳奕儒（中國地理學會會刊網站小編）
地球大致上可以分成幾個不同的環境圈。其中，維持各式生命活動的生物圈，其實與周遭的大氣不斷交換碳和水。植物吸收二氧化碳，透過光合作用和呼吸作用排出氣體，而進入土壤裡的水分也被植物的根所吸收，並經過蒸散作用回到大氣層。單看一顆植物與大氣的相互作用看起來容易，也相信大多數人在高中生物就曾經碰過，但世界上這麼多種不同的生態系，從熱帶雨林、荒漠到高緯度針葉林，要如何準確的測量各種生態系與大氣所形成的循環呢？
美國地球物理聯盟(AGU)旗下的科學新聞網站EOS.org，最近就推出一篇文章Measuring, Monitoring, and Modeling Ecosystem Cycling，用比較淺顯易懂的方式介紹生態系統的循環是如何測量的（不過還是充滿各種學術名詞），文章中也特別強調極端氣候事件對生態環境的影響。
世界上的生態系統幫助我們移除約30%的人為排碳，也透過蒸散所用吸收大約40%的降雨量，不過，氣候變遷卻很可能會打擾生態系既有的平衡，讓生態系吸收二氧化碳的能力發生改變。例如文中就提到阿拉斯加的黑雲杉(black spruce)森林就從二氧化碳的吸收者變成排放源了，秋季平均氣溫變高導致森林裡的分解作用更旺盛，使得二氧化碳排放量增加。另一方面，當然也有生態系統吸收更多碳了，也正因為有著測量生態系統循環的方法和模型，我們才能夠知道世界各地的生態系發生了哪些變化。
美國一處AmeriFlux測量站。
圖片來源：the NEON Program and Battelle
那到底科學家是用什麼測量生態系統循環的呢？文中以美洲的AmeriFlux網絡為例，利用一座一座像是高塔的儀器，內含多種測量設備，我們就可以用渦度相關法(eddy covariance)從中得知森林上層與下層的氣候參數變化，進而推算出通量（也就是特定地區與時間內的變化量），測得的通量就可以代表生態系與周遭大氣的循環互動。這些測量儀器是由不同學者在主要的生態區內設立，資料互相共享，有些已經超過20年了，所以AmeriFlux也成為紀錄生態系統變遷的有用工具，更被拿來驗證許多理論模型。
不過，像這樣子的大規模測量系統實際上還有很多課題需要討論，文中就舉出四個領域，包括生態系統趨勢偵測(Ecosystem Trend Spotting)、極端事件下生態系的反應(Ecosystem Responses to Extreme Events)、對碳循環貢獻的釐清(Untangling Contributions to Carbon Exchange)、和規模化測量資料(Scaling Up from Sites to Ecosystems)。像是在規模化的課題當中，某一地點的資料其實並不足以代表整個生態系，科學家必須想辦法將調查擴展到整個生態系，而這又牽涉到使用不同尺度的觀測工具，例如遙測衛星等。而在另一個有關極端事件的課題中，如果我們能夠利用資料建立更能有效預測生態系變化的模型，在遇上極端氣候時，就可以預測未來生態系的改變，並做出相對應的保育措施。
測量生態系統的循環及建立模型，無論如何，都是一個相當複雜的課題，需要許多研究者的通力合作，正如同AmeriFlux網絡的成立一樣。在台灣，也有好幾個與生態系統循環有關的測量儀器正在運作中，期待在資料的累積與研究者的努力下，能夠更了解台灣生態系的運作之道，以及極端氣候來襲下好好保護它們的方法。
本文主要參考自
Measuring, Monitoring, and Modeling Ecosystem Cycling
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