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梯度能量平衡監測系統(不含塔)

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更新時間：2023-06-20 12:14:33瀏覽次數：81次

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產品簡介

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和碳循環過程機理、變化趨勢以及調控管理的綜合研究。近地層通量觀測主要是水汽和碳通量，并同時進行近地層大氣溫度、風、濕度、輻射、氣...

詳細介紹

1.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和碳循環過程機理、變化趨勢以及調控管理的綜合研究。近地層通量觀測主要是水汽和碳通量，并同時進行近地層大氣溫度、風、濕度、輻射、氣壓、降水量、蒸發量、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、物質通量等要素觀測，以獲取不同代表性下墊面區域近地層動力、熱力結構及其各類能量收支、物質交換等多圈層相互作用過程綜合信息。

通過獲取典型生態系統地-氣間顯熱、潛熱、動量通量和CO2通量的長期觀測數據，為氣象部門開展氣候系統模式的研究提供基礎數據；為系統地開展典型生態系統中生態過程與小氣候、地-氣相互作用及水熱平衡特征、大氣-生態-小氣候-水文-土壤相互作用及影響機制的研究提供基礎數據；為短期氣候趨勢預測、氣候變化影響評估等工作提供基礎性資料；研究應用微氣象法進行生態系統對地-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，是開展農田生態系統、林業生態系統等陸氣、海氣過程觀測的通量站。

例：梯度能量平衡監測系統(不含塔)可增加渦動相關檢測系統

該系統由梯度觀測系統、渦動協方差系統及監控計算機、通訊網絡、供電系統組成。

梯度站觀測系統組成

由包括空氣溫度/相對濕度/風速梯度觀測、輻射觀測及土壤觀測等組成常規的背景觀測系統，包括：

※ 1個數據采集器和1個測量通道擴展板

※ 1個梯度機箱 1個渦動機箱

※ 5層空氣溫濕度傳感器

※ 5層風速風向傳感器

※ 1個凈輻射、光合有效輻射及紅外表面溫度

※ 5層土壤三參數

※ 5個熱通量板

開路渦動協方差系統應用渦動協方差技術，測量研究區的CO2通量、顯熱通量、潛熱通量、動量通量和摩擦風速等，包括：

※ 數據采集器

※ 三維超聲風速儀

※ CO2/H2O分析儀等組成

2.系統供電和防雷

系統全部采用交流供電，系統的緩沖電源全部采用高性能的深充電池。

對于常規觀測系統，由于其功耗相對較小，電源的體積和重量較小，電源（深充電池）安裝在與塔上數據采集器相對應的耐候機箱里，充電電源為220VAC轉換出的13.8VDC直流電源（電池箱中）。

對于開路渦動協方差系統，由于其功耗較大，因此，100AHR容量的深充電池與對應的充電控制器都安放在塔下的電池箱里，由電池提供的12VDC上塔給開路渦動協方差系統供電由于系統中配置了交流電源，這會增加系統遭雷擊的可能性。因此，配備了一個交流防雷設備，系統中所需的交流電源全部經由交流防雷設備獲取。塔上的很多設備（數據采集器、分析儀等）都需要接地。為此配備了一條銅網接地線，從機箱下的接線柱連接到鐵塔的接地樁上并且鐵塔對地電阻小于4Ω。

3.通訊方式

通量站的數據采集器采用PakBus操作系統，使系統的通訊組網更靈活，讓觀測人員能夠方便地更有效地維護系統、查看數據和采集數據。

該系統可以配備兩套獨立的通訊系統，通量站采用屏蔽雙絞線實現從監控室到采集器的通訊。

485總線通訊

通過485多子站RS-485（一種通訊標準）通訊模塊，可以將系統中數據采集器分別通過RS-485進行通訊。觀測人員從監控室的PC上可以訪問到系統中的每一個數據采集器。RS-485總線既是查看數據的通道，也是采集數據的通道（常規系統數據、開路渦動協方差系統的通量數據和CO2/H2O廓線數據）。

485模塊有RS-485、RS-232和CS I/O三個通訊端口，可以同時使用其中的任意兩個（需要先設置好）。在此，設置485模塊的通訊模式為“PakBus Networking"，485的RS-485端口為總線接口，其RS-232或CS I/O端口為子站接口。采用PakBus協議的一個主要好處在于總線中的各個子站可以相互訪問。

CF卡數據備份

對于開路渦動協方差系統，雖然其數據采集器也連接到了RS-485總線中，但由于其原始高頻數據流量太大，約1G字節/月，因此為其配備了2G容量的CF卡。開路渦動協方差的所有數據在保存到數據采集器內存的同時，也保存到CF卡上。觀測人員需要定期更換CF卡。

4.監控軟件與數據格式轉換軟件

通過軟件來完成設置調試運行工作， AFWS軟件來完成日常監控數據分析查看等工作，能量平衡EASYFLUX軟件完成開路渦動協方差系統的標定工作。

服務軟件

軟件完成采集測量程序的編寫、調試、上傳、監控，軟件在數據監控下載方面也可以做的很好，可以自動下載歷史記錄。通訊使用2進制格式命令，使通訊的效率和速度大大提高。該軟件支持多種組網方式，及各種通訊協議，可以作為日常AFWS軟件的通訊服務

AFWS監控軟件

AFWS是近地層通量網絡監測系統開發的綜合監控軟件，該軟件實現以下功能：

※ 數據文件生成：自動生成所需要的4個數據文件；

※ 數據格式轉換：按照要求的數據格式存儲（或別的格式，可調整）；

※ 數據查看：通過表格文本等方式，查看數據是否缺失；

※ 數據分析功能：分析數據是否合理等等。

由于近地層通量監測系統不同于一般的自動氣象站，具有數據量大，數據種類多，數據變化復雜，因此一般的數據查看方法不可能完成良好的監控。該軟件可以進行數據的圖表繪制，多個數據的比較，廓線圖、風玫瑰圖等方法觀察判斷數據的質量和通量的大小變化規律。

5.數據格式

近地邊界層通量觀測系統采集數據文件包括由數據采集器處理后，通過終端計算機處理軟件直接存儲到計算機硬盤中的數據文件。數據文件分為湍流觀測、梯度觀測兩大類，其中湍流觀測數據文件包括兩類：一類是用來計算通量的高頻原始數據（一般10HZ），用于后期做各種數據運算和處理；另一類是數據采集器在線計算得到的通量，以及計算通量運算中所需要的各種統計量，還包括能量平衡中常規傳感器的測量結果。梯度觀測數據除滿足《地面氣象觀測規范》的要求外，同時需滿足用于近地面邊界層能量收支平衡的分析處理。

6.參考文獻：

1.《烏魯木齊市氣象塔梯度觀測資料質量控制與處理》金莉莉;何清;李振杰;繆啟龍;買買提艾力·買買提依明

2.沙漠氣象研究所**在一號冰川建立梯度探測系統-劉新春

3.天津氣象塔風溫梯度觀測資料的統計特征-解以揚; 劉學軍

4.高原東南緣大氣近地層湍能特征與邊界層動力、熱力結構相關特征-徐祥德; 王寅鈞; 趙天良; 姚文清

5.垂直速度對水汽垂直湍流通量交叉耦合效應的實驗驗證-陳晉北; 胡隱樵; 呂世華; 余曄

6.納木錯(湖)地區湍流數據質量控制和湍流通量變化特征-李茂善;楊耀先;馬耀明;孫方林;陳學龍;王賓賓;朱志鹍

;趙逸舟

關鍵詞：數據采集溫濕度傳感器傳感器風速儀電池

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