梯度氣象觀測系統(tǒng)

系統(tǒng)概述

         梯度觀測系統(tǒng)包括風(fēng)溫濕梯度觀測、輻射收支觀測及土壤觀測等。采用慢響應(yīng)傳感器，可以應(yīng)用于空氣動力學(xué)法、能量平衡、物質(zhì)平衡等，根據(jù)實驗的目的進行具體的組合或數(shù)據(jù)分析。

         梯度觀測,旨在準確認識大氣溫度特征,加強對物質(zhì)或水分循環(huán)的認識。梯度系統(tǒng)可以設(shè)置高度不同的氣象觀測塔，通過小氣候自動觀測系統(tǒng)測量多層風(fēng)、空氣溫濕度、土壤水分、土壤溫度等信息。

        梯度監(jiān)測站可對地面生態(tài)環(huán)境及多種氣象要素如溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、輻射等，進行定時自動采集、計算、處理、顯示、存儲和通訊，提高了觀測效率，有效減輕觀測人員的野外工作。

        梯度觀測系統(tǒng)不僅能對能量平衡及物質(zhì)能量傳輸方面進行研究，而且由于不同下墊面植被對溫度、濕度、風(fēng)速、輻射、光的分布造成的影響，使得梯度觀測系統(tǒng)對垂直方向的水汽通量、熱通量及痕量元素通量的研究顯得尤為顯著。

系統(tǒng)各層傳感器架設(shè)高度的選擇

1、農(nóng)田或草地下墊面：

         以農(nóng)田或草地下墊面為主的區(qū)域，小氣候要素的變化在垂直梯度上遠大于水平梯度，因此在布設(shè)時，觀測高度和深度的確定非常關(guān)鍵，觀測層次地上從1層、2層到4層，甚至7至8層，觀測高度一般不超過40米，地下3至4層至植物根部。

2、森林下墊面：

        由于森林冠層下方有反梯度擴散的情況，樹木的立地條件、冠層結(jié)構(gòu)和冠層高度、郁閉度的大小以及次冠層和灌木或草的覆蓋情況設(shè)計上均有不同，通常在冠層下設(shè)置1到3層，林冠上方設(shè)置2到4層，可能需要幾個數(shù)采器共同完成。根據(jù)國際通量網(wǎng)的推薦和必測常規(guī)項目，GM3000系統(tǒng)的梯度觀測需要包括風(fēng)、溫度、濕度、輻射、CO2濃度以及土壤的溫度、水分等。需要特別注意的是觀測塔的高度需要至少冠層高度的1.5倍。

3、梯度觀測系統(tǒng)組成：

?   多層層空氣溫濕度；

?   多層溫度傳感器；

?   多層風(fēng)速傳感器和一層風(fēng)向傳感器；

?   一層四分量凈輻射和一層光合有效輻射，安裝在冠層上方1.5～2m處；反射輻射及桿式光量子可選；

?   地表溫度和冠層溫度；

?   多層土壤溫度；

?   多層土壤水分；

?   土壤熱通量板；

?   土壤熱平衡探頭；

        梯度站由CR3000數(shù)據(jù)采集器和一些傳感器等組成。CR3000數(shù)據(jù)采集器起數(shù)據(jù)采集、運算、存貯、控制等功能。HMP155是空氣溫度/相對濕度傳感器，地表的能量主要來自于太陽輻射，因此系統(tǒng)中還有一些輻射傳感器，其中CNR4是凈輻射傳感器，HFP01熱通量板測量土壤儲熱。

風(fēng)速/風(fēng)向傳感器選用010C/020C，這兩種傳感器為啟動風(fēng)速低、精度高，是獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)的重要保證。

          輻射收支測量系統(tǒng)配置了一個四分量凈輻射表CNR4或采用更高精度的CMP21和CGR4組合高精度凈輻射傳感器，測量研究區(qū)的太陽輻射收支及凈輻射能量（包括短波和長波）收支情況。輻射能量與土壤熱通量、開路渦動協(xié)方差所測的顯熱/潛熱一起，構(gòu)成了一個完整的能量平衡系統(tǒng)，能量平衡的閉合程度是檢驗開路渦動協(xié)方差觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的一個重要參考方面。