產品展示/ PRODUCTS PLAY

我的位置：首頁 > 產品展示 > > 觀測系統方案 > 梯度能量平衡監測系統(不含塔)

產品分類 / PRODUCT

觀測系統方案

LAINet葉面積指數遠程數據分析系統蒸滲儀雨量水位監測物候觀測設備渦動相關設備天空成像儀生態多樣性監測全自動監測站

梯度能量平衡監測系統(不含塔)

描述：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...

產品廠地：北京市
廠商性質：代理商
更新時間：2025-05-29
訪問量：676

產品咨詢聯系我們

產品介紹/ PRODUCT PRESENTATION

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