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渦動(dòng)協(xié)方差及通量觀測(cè)

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渦動(dòng)協(xié)方差及通量觀測(cè)儀器組成及原理:渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)(渦動(dòng))由數(shù)據(jù)采集器和超聲風(fēng)速儀、CO2/H2O分析儀等組成。數(shù)據(jù)采集器控制整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算及存貯

渦動(dòng)協(xié)方差及通量觀測(cè)


渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)(渦動(dòng))

   采用渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)測(cè)量H2O、CO2和熱通量,可以計(jì)算出顯熱通量、潛熱通量和二氧化碳通量,副產(chǎn)品有動(dòng)量通量和摩擦風(fēng)速等。 主要系統(tǒng)部件:

   數(shù)據(jù)采集器,三維超聲風(fēng)速儀,開路二氧化碳/水汽分析儀或氪濕度計(jì),空氣溫濕度探頭,短波輻射表,長(zhǎng)波輻射表,凈輻射表,雨量桶,光合有效輻射傳感器,紅外表面溫度探頭,土壤含水量探頭,土壤熱通量板,土壤溫度探頭,土壤平均溫度探頭等


渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)(渦動(dòng))

  可測(cè)量的變量:※ 風(fēng)和溫度※ CO2 和 H2O 摩爾密度
   儀器組成及原理:渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)(渦動(dòng))由數(shù)據(jù)采集器和超聲風(fēng)速儀、CO2/H2O分析儀等組成。數(shù)據(jù)采集器控制整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算及存貯。三維超聲風(fēng)速儀測(cè)量空氣的三維風(fēng)速及超聲虛溫,開路分析儀測(cè)量空氣中的CO2和H2O氣體含量,這兩種傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)構(gòu)成了渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器在線計(jì)算或研究者離線處理,可得到CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、空氣動(dòng)量通量、磨擦風(fēng)速等,這些特征是用于渦動(dòng)協(xié)方差研究的主要參量。在渦動(dòng)協(xié)方差研究中,還有必要測(cè)量研究區(qū)域的能量平衡。太陽(yáng)輻射(向下短波輻射,及DR)進(jìn)入地球大氣層,經(jīng)過直射、散射、轉(zhuǎn)化等機(jī)制作用后,在大氣中形成既有向下的短波輻射(DR)和長(zhǎng)波輻射(DLR),也有向上的矮波輻射(UR)和長(zhǎng)波輻射(ULR)。在這個(gè)系統(tǒng)中,四分量?jī)糨椛鋫鞲衅鳒y(cè)量了這些輻射分量和總的結(jié)果(凈輻射Rn);熱通量板測(cè)量約5cm處的土壤熱通量,平均熱電偶探頭用于測(cè)量土壤儲(chǔ)熱,土壤含水量探頭用于測(cè)量土壤中的水的儲(chǔ)熱;這些量和渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)所測(cè)的顯熱及潛熱,用于考察研究區(qū)域的能量平衡。由于開路分析儀和三維超聲風(fēng)速儀各自的測(cè)量機(jī)制,它們的測(cè)量都容易受降雨影響,光合有效輻射傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)可用于CO2通量的后期修正。 渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)(渦動(dòng))系統(tǒng)配置及簡(jiǎn)要介紹:一般情況下,系統(tǒng)包括以下儀器和部件;實(shí)際應(yīng)用于中,常根據(jù)用戶具體測(cè)量要求調(diào)整配置。近地面層通量觀測(cè)系統(tǒng)是國(guó)家氣候觀象臺(tái)氣候綜合探測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,是用于測(cè)量地氣交界面附近輻射通量、能量通量、物質(zhì)通量、土壤熱通量和氣象要素分布梯度的綜合觀測(cè)系統(tǒng)。主要包括近地層大氣溫度、風(fēng)、濕度、氣壓、降水量、蒸發(fā)量、土壤溫度、土壤濕度、土壤熱通量、輻射、物質(zhì)通量(水汽、碳通量)觀測(cè)及熱量、動(dòng)量通量等要素觀測(cè),以此來獲取不同代表性下墊面區(qū)域上大氣邊界層的動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu),多圈層相互作用過程中各種能量、物質(zhì)交換的相關(guān)信息


渦動(dòng)協(xié)方差及通量觀測(cè)

近地面層介紹0 - 100m以下氣層(包括粘性次層)稱為近地面層,這一層大氣受下墊面不均勻影響,有明顯的湍流特征;近地層通量觀測(cè)核心是了解水循環(huán)和碳循環(huán)過程機(jī)理、變化趨勢(shì)以及調(diào)控管理的綜合研究。近地層通量觀測(cè)主要是水汽和碳通量,并同時(shí)進(jìn)行近地層大氣溫度、風(fēng)、濕度、輻射、氣壓、降水量、蒸發(fā)量、土壤溫度、土壤濕度、土壤熱通量、地下水位、輻射通量、顯熱和潛熱熱量、動(dòng)量通量、物質(zhì)通量等要素觀測(cè),以獲取不同代表性下墊面區(qū)域近地層動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)及其各類能量收支、物質(zhì)交換等多圈層相互作用過程綜合信息。通過獲取典型生態(tài)系統(tǒng)地-氣間顯熱、潛熱、動(dòng)量通量和CO2通量的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù),為氣象部門開展氣候系統(tǒng)模式的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);為**系統(tǒng)地開展典型生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)過程與小氣候、地-氣相互作用及水熱平衡特征、大氣-生態(tài)-小氣候-水文-土壤相互作用及影響機(jī)制的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);為短期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)、氣候變化影響評(píng)估等工作提供基礎(chǔ)性資料;研究應(yīng)用微氣象法進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)對(duì)地-氣間顯熱、潛熱、動(dòng)量通量和CO2通量影響的長(zhǎng)期觀測(cè)的技術(shù)和方法。近地層通量按照不同的下墊面可分為陸氣、海氣兩種類型,是開展農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等陸氣、海氣過程觀測(cè)的通量站。通量系統(tǒng)介紹該系統(tǒng)由梯度觀測(cè)系統(tǒng)、渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)及監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通訊網(wǎng)絡(luò)、供電系統(tǒng)組成。

    梯度站觀測(cè)系統(tǒng)組成由包括空氣溫度/相對(duì)濕度/風(fēng)速梯度觀測(cè)、輻射觀測(cè)及土壤觀測(cè)等組成常規(guī)的背景觀測(cè)系統(tǒng),包括:

 1個(gè)數(shù)據(jù)采集器和1個(gè)測(cè)量通道擴(kuò)展板

 1個(gè)機(jī)箱 5層空氣溫濕度傳感器

 5層空氣溫度傳感器

 5層風(fēng)速傳感器和1層風(fēng)向傳感器

 1個(gè)凈輻射、光合有效輻射及紅外表面溫度傳感器安裝在4米處

 1個(gè)熱通量板 

1個(gè)雨量筒

開路渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)的組成開路渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)應(yīng)用渦動(dòng)協(xié)方差技術(shù),測(cè)量研究區(qū)的CO2通量、顯熱通量、潛熱通量、動(dòng)量通量和摩擦風(fēng)速等,包括:

 數(shù)據(jù)采集器

 三維超聲風(fēng)速儀

 CO2/H2O分析儀等組成 儀器布設(shè)的描述(見下表)

層數(shù)

高度

傳感器

測(cè)量參數(shù)

第五層

30米

010C風(fēng)速傳感器,HMP155A空氣溫濕度

風(fēng)速,空氣溫度,相對(duì)濕度

第四層

20米

010C風(fēng)速傳感器,HMP155A空氣溫濕度

風(fēng)速,空氣溫度,相對(duì)濕度

第三層

10米

010C風(fēng)速傳感器,020C風(fēng)向傳感器,HMP155A空氣溫濕度

風(fēng)速,風(fēng)向,空氣溫度,相對(duì)濕度

第er層

4米

010C風(fēng)速傳感器,020C風(fēng)向傳感器,HMP155A空氣溫濕度,三維超聲風(fēng)速儀,LI-840A分析儀,CNR4凈輻射傳感器,PQS1光合有效輻射傳感器,CUV5紫外輻射傳感器。 

風(fēng)速,風(fēng)向,空氣溫度,相對(duì)濕度,開路渦動(dòng)協(xié)方差數(shù)據(jù),光合有效輻射,紅外地表溫度,太陽(yáng)短波輻射,向上反射短波輻射,地球長(zhǎng)波輻射,大氣長(zhǎng)波輻射,凈輻射紫外輻射傳感器

第YI層

2米

010C風(fēng)速傳感器,HMP155A空氣溫濕度

風(fēng)速,空氣溫度,相對(duì)濕度


1.5米

CS106大氣壓力傳感器

大氣壓力

雨量傳感器

層數(shù)

高度

傳感器

測(cè)量參數(shù)

一層

正常

TE525MM

雨量


土壤熱通量

層數(shù)

深度

傳感器

測(cè)量參數(shù)

**層

5cm

HFP01

土壤熱通量

 系統(tǒng)供電和防雷系統(tǒng)全部采用交流供電,系統(tǒng)的緩沖電源全部采用高性能的深充電池。








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