梯度氣象觀測系統

系統概述

         梯度觀測系統包括風溫濕梯度觀測、輻射收支觀測及土壤觀測等。采用慢響應傳感器，可以應用于空氣動力學法、能量平衡、物質平衡等，根據實驗的目的進行具體的組合或數據分析。

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

        梯度監測站可對地面生態環境及多種氣象要素如溫濕度、風速風向、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。

        梯度觀測系統不僅能對能量平衡及物質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、風速、輻射、光的分布造成的影響，使得梯度觀測系統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。

系統各層傳感器架設高度的選擇

1、農田或草地下墊面：

         以農田或草地下墊面為主的區域，小氣候要素的變化在垂直梯度上遠大于水平梯度，因此在布設時，觀測高度和深度的確定非常關鍵，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、冠層結構和冠層高度、郁閉度的大小以及次冠層和灌木或草的覆蓋情況設計上均有不同，通常在冠層下設置1到3層，林冠上方設置2到4層，可能需要幾個數采器共同完成。根據國際通量網的推薦和必測常規項目，GM3000系統的梯度觀測需要包括風、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、梯度觀測系統組成：

?   多層層空氣溫濕度；

?   多層溫度傳感器；

?   多層風速傳感器和一層風向傳感器；

?   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數據采集器和一些傳感器等組成。CR3000數據采集器起數據采集、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。

風速/風向傳感器選用010C/020C，這兩種傳感器為啟動風速低、精度高，是獲得高質量數據的重要保證。

          輻射收支測量系統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、開路渦動協方差所測的顯熱/潛熱一起，構成了一個完整的能量平衡系統，能量平衡的閉合程度是檢驗開路渦動協方差觀測數據質量的一個重要參考方面。