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涡动协方差及通量观测

描述:涡动协方差及通量观测仪器组成及原理:涡动协方差及能量平衡系统(涡动)由数据采集器和超声风速仪、CO2/H2O分析仪等组成。数据采集器控制整个系统的测量、采集、数据运算及存贮

更新时间:2022-07-15
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厂商性质:代理商
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涡动协方差及通量观测


涡动协方差及能量平衡系统(涡动)

   采用涡动协方差系统测量H2O、CO2和热通量,可以计算出显热通量、潜热通量和二氧化碳通量,副产品有动量通量和摩擦风速等。 主要系统部件:

   数据采集器,三维超声风速仪,开路二氧化碳/水汽分析仪或氪湿度计,空气温湿度探头,短波辐射表,长波辐射表,净辐射表,雨量桶,光合有效辐射传感器,红外表面温度探头,土壤含水量探头,土壤热通量板,土壤温度探头,土壤平均温度探头等


涡动协方差及能量平衡系统(涡动)

  可测量的变量:※ 风和温度※ CO2 和 H2O 摩尔密度
   仪器组成及原理:涡动协方差及能量平衡系统(涡动)由数据采集器和超声风速仪、CO2/H2O分析仪等组成。数据采集器控制整个系统的测量、采集、数据运算及存贮。三维超声风速仪测量空气的三维风速及超声虚温,开路分析仪测量空气中的CO2和H2O气体含量,这两种传感器测得的数据构成了涡动协方差系统的原始数据,经过数据采集器在线计算或研究者离线处理,可得到CO2通量、潜热通量、显热通量、空气动量通量、磨擦风速等,这些特征是用于涡动协方差研究的主要参量。在涡动协方差研究中,还有必要测量研究区域的能量平衡。太阳辐射(向下短波辐射,及DR)进入地球大气层,经过直射、散射、转化等机制作用后,在大气中形成既有向下的短波辐射(DR)和长波辐射(DLR),也有向上的矮波辐射(UR)和长波辐射(ULR)。在这个系统中,四分量净辐射传感器测量了这些辐射分量和总的结果(净辐射Rn);热通量板测量约5cm处的土壤热通量,平均热电偶探头用于测量土壤储热,土壤含水量探头用于测量土壤中的水的储热;这些量和涡动协方差系统所测的显热及潜热,用于考察研究区域的能量平衡。由于开路分析仪和三维超声风速仪各自的测量机制,它们的测量都容易受降雨影响,光合有效辐射传感器所测数据可用于CO2通量的后期修正。 涡动协方差及能量平衡系统(涡动)系统配置及简要介绍:一般情况下,系统包括以下仪器和部件;实际应用于中,常根据用户具体测量要求调整配置。近地面层通量观测系统是国家气候观象台气候综合探测系统的一个重要组成部分,是用于测量地气交界面附近辐射通量、能量通量、物质通量、土壤热通量和气象要素分布梯度的综合观测系统。主要包括近地层大气温度、风、湿度、气压、降水量、蒸发量、土壤温度、土壤湿度、土壤热通量、辐射、物质通量(水汽、碳通量)观测及热量、动量通量等要素观测,以此来获取不同代表性下垫面区域上大气边界层的动力、热力结构,多圈层相互作用过程中各种能量、物质交换的相关信息


涡动协方差及通量观测

近地面层介绍0 - 100m以下气层(包括粘性次层)称为近地面层,这一层大气受下垫面不均匀影响,有明显的湍流特征;近地层通量观测核心是了解水循环和碳循环过程机理、变化趋势以及调控管理的综合研究。近地层通量观测主要是水汽和碳通量,并同时进行近地层大气温度、风、湿度、辐射、气压、降水量、蒸发量、土壤温度、土壤湿度、土壤热通量、地下水位、辐射通量、显热和潜热热量、动量通量、物质通量等要素观测,以获取不同代表性下垫面区域近地层动力、热力结构及其各类能量收支、物质交换等多圈层相互作用过程综合信息。通过获取典型生态系统地-气间显热、潜热、动量通量和CO2通量的长期观测数据,为气象部门开展气候系统模式的研究提供基础数据;为**系统地开展典型生态系统中生态过程与小气候、地-气相互作用及水热平衡特征、大气-生态-小气候-水文-土壤相互作用及影响机制的研究提供基础数据;为短期气候趋势预测、气候变化影响评估等工作提供基础性资料;研究应用微气象法进行生态系统对地-气间显热、潜热、动量通量和CO2通量影响的长期观测的技术和方法。近地层通量按照不同的下垫面可分为陆气、海气两种类型,是开展农田生态系统、林业生态系统等陆气、海气过程观测的通量站。通量系统介绍该系统由梯度观测系统、涡动协方差系统及监控计算机、通讯网络、供电系统组成。

    梯度站观测系统组成由包括空气温度/相对湿度/风速梯度观测、辐射观测及土壤观测等组成常规的背景观测系统,包括:

 1个数据采集器和1个测量通道扩展板

 1个机箱 5层空气温湿度传感器

 5层空气温度传感器

 5层风速传感器和1层风向传感器

 1个净辐射、光合有效辐射及红外表面温度传感器安装在4米处

 1个热通量板 

1个雨量筒

开路涡动协方差系统的组成开路涡动协方差系统应用涡动协方差技术,测量研究区的CO2通量、显热通量、潜热通量、动量通量和摩擦风速等,包括:

 数据采集器

 三维超声风速仪

 CO2/H2O分析仪等组成 仪器布设的描述(见下表)

层数

高度

传感器

测量参数

第五层

30米

010C风速传感器,HMP155A空气温湿度

风速,空气温度,相对湿度

第四层

20米

010C风速传感器,HMP155A空气温湿度

风速,空气温度,相对湿度

第三层

10米

010C风速传感器,020C风向传感器,HMP155A空气温湿度

风速,风向,空气温度,相对湿度

第er层

4米

010C风速传感器,020C风向传感器,HMP155A空气温湿度,三维超声风速仪,LI-840A分析仪CNR4净辐射传感器PQS1光合有效辐射传感器,CUV5紫外辐射传感器。 

风速,风向,空气温度,相对湿度,开路涡动协方差数据,光合有效辐射,红外地表温度,太阳短波辐射,向上反射短波辐射,地球长波辐射,大气长波辐射,净辐射紫外辐射传感器

第YI层

2米

010C风速传感器,HMP155A空气温湿度

风速,空气温度,相对湿度


1.5米

CS106大气压力传感器

大气压力

雨量传感器

层数

高度

传感器

测量参数

一层

正常

TE525MM

雨量


土壤热通量

层数

深度

传感器

测量参数

**层

5cm

HFP01

土壤热通量

 系统供电和防雷系统全部采用交流供电,系统的缓冲电源全部采用高性能的深充电池。








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