涡动协方差及能量平衡系统的研究

　
土壤温度 

土壤含水量

 土壤热通量 

  系统供电和防雷　　系统全部采用交流供电，系统的缓冲电源全部采用高性能的深充电池。　　对于常规观测系统，由于其功耗相对较小，电源的体积和重量较小，电源（深充电池）安装在与塔上数据采集器相对应的耐候机箱里，充电电源为220VAC转换出的13.8VDC直流电源（电池箱中）。　　对于开路涡动协方差系统，由于其功耗较大，因此，100AHR容量的深充电池与对应的充电控制器都安放在塔下的电池箱里，由电池提供的12VDC上塔给开路涡动协方差系统供电由于系统中配置了交流电源，这会增加系统遭雷击的可能性。因此，配备了一个交流防雷设备，系统中所需的交流电源全部经由交流防雷设备获取。塔上的很多设备（数据采集器、分析仪等）都需要接地。为此配备了一条铜 接地线，从机箱下的接线柱连接到铁塔的接地桩上并且铁塔对地电阻小于4Ω。 通讯方式　　通量站的数据采集器采用PakBus操作系统，使系统的通讯组 更灵活，让观测人员能够方便地更有效地维护系统、查看数据和采集数据。　　该系统可以配备两套独立的通讯系统，通量站采用屏蔽双绞线实现从监控室到采集器的通讯。 485总线通讯　　通过485多子站RS-485（一种通讯标准）通讯模块，可以将系统中数据采集器分别通过RS-485进行通讯。观测人员从监控室的PC上可以访问到系统中的每一个数据采集器。RS-485总线既是查看数据的通道，也是采集数据的通道（常规系统数据、开路涡动协方差系统的通量数据和CO2/H2O廓线数据）。　　485模块有RS-485、RS-232和CS I/O三个通讯端口，可以同时使用其中的任意两个（需要先设置好）。在此，设置485模块的通讯模式为“PakBus Networking”，485的RS-485端口为总线接口，其RS-232或CS I/O端口为子站接口。采用PakBus协议的一个主要好处在于总线中的各个子站可以相互访问。 CF卡数据备份　　对于开路涡动协方差系统，虽然其数据采集器也连接到了RS-485总线中，但由于其原始高频数据流量太大，约1G字节/月，因此为其配备了2G容量的CF卡。开路涡动协方差的所有数据在保存到数据采集器内存的同时，也保存到CF卡上。观测人员需要定期更换CF卡。 监控软件与数据格式转换软件　　通过软件来完成设置调试运行工作， AFWS软件来完成日常监控数据分析查看等工作，LI7500A软件完成开路涡动协方差系统的标定工作。 服务软件　　软件完成采集测量程序的编写、调试、上传、监控，软件在数据监控下载方面也可以做的很好，可以自动下载历史记录。通讯使用2进制格式命令，使通讯的效率和速度大大提高。该软件支持多种组 方式，及各种通讯协议，可以作为日常AFWS软件的通讯服务 AFWS监控软件AFWS是近地层通量 络监测系统开发的综合监控软件，该软件实现以下功能：※数据文件生成：自动生成所需要的4个数据文件；※数据格式转换：按照中国气象局要求的数据格式存储；※数据查看：通过表格文本等方式，查看数据是否缺失；※数据分析功能：分析数据是否合理等等。 　　由于近地层通量监测系统不同于一般的自动气象站，具有数据量大，数据种类多，数据变化复杂，因此一般的数据查看方法不可能完成良好的监控。该软件可以进行数据的图表绘制，多个数据的比较，廓线图、风玫瑰图等方法观察判断数据的质量和通量的大小变化规律。 LI 7500Ａ软件主要用于设置资料的输出模式、校正方式以便完成分析仪的标定工作。 数据格式　　近地边界层通量观测系统采集数据文件包括由数据采集器处理后，通过终端计算机处理软件直接存储到计算机硬盘中的数据文件。数据文件分为湍流观测、梯度观测***类，其中湍流观测数据文件包括两类：一类是用来计算通量的高频原始数据（一般10HZ），用于后期做各种数据运算和处理；另一类是数据采集器在线计算得到的通量，以及计算通量运算中所需要的各种统计量，还包括能量平衡中常规传感器的测量结果。梯度观测数据除满足《地面气象观测规范》的要求外，同时需满足用于近地面边界层能量收支平衡的分析处理。 近地边界层通量观测系统采集数据文件由以下文件组成。※湍流观测※梯度观测 仪器简介风向风速测量。　　010C-1风速传感器（安装在铁塔的2、4、10、20、30米处）和020C风向传感器（安装在铁塔的10米处）是由Metone公司生产的一种高精度的水平风速传感器，具有测量精度高、启动风速低、可靠耐用等特点。 温湿的测量。　　HMP45C温湿度传感器包括一个铂电阻温度探头（PT100）和一个容性相对湿度传感器；PT1000高精度温度传感器是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，它们安装在铁塔的2、4、10、20、30米处。 CNR4净辐射传感器。　　净辐射传感器用于测量日射和远红外辐射平衡，用于测量地表净辐射。CNR4由四个灵敏度相同的传感器组成。CNR4有两个半球型180度视觉范围的能量接收窗，一个朝上，一个朝下。CNR4被设计用来测量来自这两个接收窗的能量。被测量的光谱范围大概从0.3到3微米。这个光谱范围既覆盖了太阳光辐射，0.3到3微米，也包括了远红外辐射，5到50微米，在铁塔的4米处。 IRR-P传感器。　　IRR-P是一种非接触式传感器，它通过感受物体发出的红外线，来测量被测物体的表面温度。IRR-P广泛应用于测量树叶、帐篷的温度以及平均表面温度。一个单独的热敏电阻用来测量传感器自身的温度，以提高IRR-P的测量精度。在铁塔的4米处。 LI-190SB光合有效辐射传感器。　　LI-190SB采用硅光电探测器测量太阳光辐射。在传感器电缆里面有一个内置电阻，将传感器信号转变为μV-mV电压信号，可使数据采集器对其直接进行测量，在铁塔的4米处。 PTB210大气压力传感器　　PTB210