渦動協(xié)方差及通量觀測

渦動協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)（渦動）

   采用渦動協(xié)方差系統(tǒng)測量H2O、CO2和熱通量，可以計算出顯熱通量、潛熱通量和二氧化碳通量，副產(chǎn)品有動量通量和摩擦風(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，空氣溫濕度探頭，短波輻射表，長波輻射表，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

渦動協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)（渦動）

  可測量的變量:※ 風(fēng)和溫度※ CO2 和 H2O 摩爾密度
   儀器組成及原理：渦動協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)（渦動）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)采集器控制整個系統(tǒng)的測量、采集、數(shù)據(jù)運算及存貯。三維超聲風(fēng)速儀測量空氣的三維風(fēng)速及超聲虛溫，開路分析儀測量空氣中的CO2和H2O氣體含量，這兩種傳感器測得的數(shù)據(jù)構(gòu)成了渦動協(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、空氣動量通量、磨擦風(fēng)速等，這些特征是用于渦動協(xié)方差研究的主要參量。在渦動協(xié)方差研究中，還有必要測量研究區(qū)域的能量平衡。太陽輻射（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）和長波輻射（DLR），也有向上的矮波輻射（UR）和長波輻射（ULR）。在這個系統(tǒng)中，四分量凈輻射傳感器測量了這些輻射分量和總的結(jié)果（凈輻射Rn）；熱通量板測量約5cm處的土壤熱通量，平均熱電偶探頭用于測量土壤儲熱，土壤含水量探頭用于測量土壤中的水的儲熱；這些量和渦動協(xié)方差系統(tǒng)所測的顯熱及潛熱，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)速儀各自的測量機(jī)制，它們的測量都容易受降雨影響，光合有效輻射傳感器所測數(shù)據(jù)可用于CO2通量的后期修正。 渦動協(xié)方差及能量平衡系統(tǒng)（渦動）系統(tǒng)配置及簡要介紹：一般情況下，系統(tǒng)包括以下儀器和部件；實際應(yīng)用于中，常根據(jù)用戶具體測量要求調(diào)整配置。近地面層通量觀測系統(tǒng)是國家氣候觀象臺氣候綜合探測系統(tǒng)的一個重要組成部分，是用于測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）觀測及熱量、動量通量等要素觀測，以此來獲取不同代表性下墊面區(qū)域上大氣邊界層的動力、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

渦動協(xié)方差及通量觀測

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；近地層通量觀測核心是了解水循環(huán)和碳循環(huán)過程機(jī)理、變化趨勢以及調(diào)控管理的綜合研究。近地層通量觀測主要是水汽和碳通量，并同時進(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、動量通量、物質(zhì)通量等要素觀測，以獲取不同代表性下墊面區(qū)域近地層動力、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、動量通量和CO2通量的長期觀測數(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)；為短期氣候趨勢預(yù)測、氣候變化影響評估等工作提供基礎(chǔ)性資料；研究應(yīng)用微氣象法進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)對地-氣間顯熱、潛熱、動量通量和CO2通量影響的長期觀測的技術(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、海氣過程觀測的通量站。通量系統(tǒng)介紹該系統(tǒng)由梯度觀測系統(tǒng)、渦動協(xié)方差系統(tǒng)及監(jiān)控計算機(jī)、通訊網(wǎng)絡(luò)、供電系統(tǒng)組成。

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

※ 1個數(shù)據(jù)采集器和1個測量通道擴(kuò)展板

※ 1個機(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個熱通量板 

※1個雨量筒

開路渦動協(xié)方差系統(tǒng)的組成開路渦動協(xié)方差系統(tǒng)應(yīng)用渦動協(xié)方差技術(shù)，測量研究區(qū)的CO2通量、顯熱通量、潛熱通量、動量通量和摩擦風(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）

雨量傳感器

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。