引言
小氣候與大范圍氣候相比較具有如下特點(diǎn)：范圍小，100米以內(nèi)的范圍，常規(guī)的氣象觀測站不能反映小氣候的差異；差別大，尤其在垂直方向氣象要素的差異都很大；日變化劇烈，越接近下墊面，溫度、濕度、風(fēng)速的日變化越大；小氣候規(guī)律較穩(wěn)定，只要形成小氣候的物理性質(zhì)不變，它的小氣候差異也就不變。

小氣候是影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要環(huán)境因素。梯度小氣候自動(dòng)觀測系統(tǒng)自動(dòng)測量并存儲(chǔ)地表與大氣相互作用時(shí)近地面層的小氣候梯度，觀測地表上方多層空氣溫濕度梯度、多層風(fēng)速風(fēng)向、植物冠層內(nèi)外的太陽總輻射或光合有效輻射梯度；以及多層土壤溫濕度梯度等。根據(jù)梯度觀測數(shù)據(jù)可直接了解地表與大氣相互作用后小氣候要素形成的時(shí)間變化和空間分布規(guī)律，為利用、調(diào)節(jié)和改善各種類型的小氣候特征提供依據(jù)。

目前梯度小氣候觀測系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸是傳感器的分辨率和重復(fù)性能否真實(shí)反梯度氣象因子的變化。

2 觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 目標(biāo)

AZ-M0310梯度小氣候觀測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)方式符合WMO世界氣象組織和《*地面氣象監(jiān)測規(guī)范》要求，易于生態(tài)系統(tǒng)和氣候變化對比研究。

對降雨可通過雨滴譜分析雨滴的形態(tài)，分布，降雨強(qiáng)度，總量，能見度等性質(zhì)參數(shù)。使降雨分析得到了質(zhì)的飛躍。

數(shù)據(jù)采集器功能*，通道多，可接多種傳感器。內(nèi)存可存儲(chǔ)多達(dá)一年的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)可保存20年。支持RS232，F(xiàn)TP，TELNET，USB等多種通訊協(xié)議。系統(tǒng)有效的解決了高精度測量的問題，同時(shí)保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。很適合*監(jiān)測使用。

2.2觀測點(diǎn)布設(shè)

2.2.1觀測塔的布設(shè)

塔可以建造水泥底座，但底座面積必須足夠小，不會(huì)改變局部下墊面性質(zhì)，進(jìn)而影響到觀測結(jié)果。建造過程中注意保護(hù)塔周圍下墊面植被的狀態(tài)。

森林中觀測塔的位置位于觀測場地*或稍偏下風(fēng)側(cè)。塔高應(yīng)高出林冠層1/2樹高。

觀測塔通常為拉線式矩形塔，塔體及其橫桿的顏色應(yīng)涂為銀白色或淺灰色，以免因吸收太陽輻射而升溫，影響輻射觀測。

觀測塔的設(shè)計(jì)要方便工作人員安裝檢修儀器，并在塔頂，林冠層上2～3m處、林冠層*、林冠層下2m和灌木層各設(shè)計(jì)一個(gè)觀測平臺。

觀測場應(yīng)安裝避雷系統(tǒng)。

2.2.2 小氣候觀測系統(tǒng)的布設(shè)和安裝

按照下圖安裝傳感器。傳感器的橫桿與觀測塔的距離應(yīng)在l.5 m以上。

輻射橫桿應(yīng)該向南方伸出。北回歸線以南的站點(diǎn)，在夏至的時(shí)段可以調(diào)整輻射觀測桿的伸出方向，以避開塔身的影響。輻射傳感器要調(diào)整水平。

土壤溫度、地表溫度和土壤熱通量傳感器應(yīng)安裝在盡可能遠(yuǎn)離觀測踏的南邊。

風(fēng)速、溫度、濕度傳感器的安裝高度應(yīng)以傳感器探頭的高度為準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)采集器放置在防水儀器箱內(nèi)，儀器箱可安裝在塔身上、便于操作的位置。數(shù)據(jù)采集器的機(jī)殼應(yīng)連接到接地裝置上，接地電阻應(yīng)小于5 Ω。連接傳感器電纜線的轉(zhuǎn)接盒要有接地裝置，接地電阻應(yīng)小于5 Ω，設(shè)備接地端要與避雷接地網(wǎng)連在一起。

為了防雷、防鼠、防水和安裝、維護(hù)方便，小氣候觀測系統(tǒng)的電纜應(yīng)穿入電纜管內(nèi)，電纜管應(yīng)妥善綁縛在觀測塔上。并在不同的高度將電纜管折出圓弧，做成滴水彎。

2.2.3 小氣候觀測系統(tǒng)傳感器的平行校驗(yàn)

每次觀測之前，溫、濕、風(fēng)速傳感器架設(shè)在“Π”形橫桿上進(jìn)行平行校驗(yàn)觀測，平行檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)至少持續(xù)一個(gè)日變化周期。將觀測結(jié)果進(jìn)行平均后，經(jīng)比較選擇觀測結(jié)果接近的傳感器用于小氣候梯度觀測，并且選擇一個(gè)為基準(zhǔn)，進(jìn)行歸一化處理。

“Π”形橫桿必須足夠長，以保證傳感器之間沒有相互影響。溫、濕度傳感器相間距離0.3m。風(fēng)傳感器相間距離0.5m，“Π”形橫桿應(yīng)與主風(fēng)向垂直。

進(jìn)行平行檢驗(yàn)的觀測場的下墊面狀況應(yīng)盡可能保證水平均一。

如果小氣候觀測持續(xù)時(shí)間長，應(yīng)該在觀測結(jié)束前再次進(jìn)行平行校驗(yàn)觀測。

平行檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該與其它觀測記錄一起存檔。

2.3數(shù)據(jù)采集

2.3.1時(shí)制、日界和對時(shí)

輻射觀測和日照時(shí)間觀測采用地方平均太陽時(shí)（以下簡稱地方平時(shí)），以24時(shí)為日界，其余觀測指標(biāo)采用北京時(shí)，以20時(shí)為日界。數(shù)據(jù)采集器的內(nèi)部時(shí)鐘為觀測時(shí)鐘，采用北京時(shí)，要定期/不定期進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)。

2.3.2 采樣

小氣候觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣在數(shù)據(jù)采集器中完成，采樣順序?yàn)闅鉁亍穸?、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、地溫、輻射、蒸發(fā)。

土壤水分、土壤熱通量采樣時(shí)間是10分鐘一次，測量20s加熱，作為瞬時(shí)值。

氣溫、濕度、氣壓的采樣速率為每分鐘6次，去掉一個(gè)大值和小值，余下的4次采樣值求算平均；1 min平均值為瞬時(shí)值。

降水、蒸發(fā)量的采樣速率為每分鐘1次。

2.4 觀測系統(tǒng)組成

觀測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、氣象傳感器、降雨強(qiáng)度和降雨類型傳感器、氣象數(shù)據(jù)報(bào)告軟件、供電裝置，支架等部件組成。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示

數(shù)據(jù)采集報(bào)告軟件功能：系統(tǒng)有設(shè)置軟件和數(shù)據(jù)報(bào)告軟件。

系統(tǒng)設(shè)置軟件用于設(shè)置系統(tǒng)的各通道及計(jì)算公式，數(shù)值平均方法，數(shù)據(jù)文件命名方式，WEB 頁設(shè)置，Ethernet 口設(shè)置。

數(shù)據(jù)報(bào)告軟件提供滑動(dòng)平均值，矢量平均和分級平均。

可在計(jì)算機(jī)上采用圖標(biāo)、曲線顯示原始數(shù)據(jù)、分鐘平均值，也可通過Internet、局域網(wǎng)絡(luò)，通過服務(wù)器-客戶機(jī)的形式查 看、瀏覽數(shù)據(jù)。

WEB 頁：DL16 提供瀏覽器功能，查看各種 WEB頁內(nèi)容。

index.htm 查看原始數(shù)據(jù)；

10m_mv.htm 查看 10 分鐘平均值；

extrem.htm 查看 30 分鐘內(nèi)的極值；

datetime.htm 查看日期和時(shí)間；

system.htm 查看系統(tǒng)配置

梯度小氣候數(shù)據(jù)輸出如下：

梯度小氣候觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表