概述:地球系统碳循环与全球气候变化息息相关,但目前陆地生态系统(特别是森林生态系统)CO2收支的定量测定依然是全球碳循环估测中不确定性的主要来源之一。精确测定森林生态系统碳通量是合理评估森林生态系统在生物地球化学循环及其调节气候变化作用的基础。目前森林生态系统尺度CO2通量测定的3种主要方法(测树学方法、箱式法、涡动协方差法),各有优缺点,其中涡动协方差方法以其高时间分辨率、原位无干扰连续监测等优点而应用越来越广泛。
涡动观测系统,采用涡动协方差原理,是一种微气象学的测量方法,利用快速响应的传感器来测量大气—下垫面间的物质交换和能量交换。是一种直接测算通量的标准方法,是测定生态系统物质、能量交换通量的关键技术。由于测量方式和原理不同,涡动观测系统分为开路涡动观测系统和闭路涡动观测系统。
涡动观测系统可以测量能量通量(显热通量、潜热通量、动量通量)和物质通量(CO2 / H2O)以及一些空气动力学参数等,主要应用于边界层理论研究、大气扩散、能量收支研究、水分等物质收支等众多领域。
通量观测适用于森林、草地、农田、沙漠、城市、水域等各种下垫面环境,被广泛应用于中科院、林科院、气象局、海洋局及各科研领域对区域碳、水循环过程的研究;做为测算生态系统与大气间物质和能量交换信息的有效手段,为分析地圈-生物圈-大气圈的相互作用提供重要的数据基础,为大尺度、长期和连续的科学研究提供支撑。
数据控制单元
1. 扫描频率:150Hz
2. 数据存储:可移动USB存储设备16G
3. 数据通讯:网线接口
4. 可直接与实时在线通量计算模块连接
三维超声风速仪
1. 风速
1.1范围:0~65 m/s
1.2分辨率:0.01 m/s
2. 风向
2.1范围:0~359 º
2.2 分辨率:0.1 º
3. 测量
3.1内部采样率:32Hz
3.2输出频率:1、2、4、8、 10、16、20、32Hz
4. 工作环境
4.1工作温度:-40~70℃
4.2耐降水强度:300mm/hr
开路式CO2/H2O分析仪
1. 分析仪硬件设计方式:气体分析仪和三维超声风速仪彼此分离,以减小分析器对风速测定的影响(尤其是垂直风分量)
2. 分析器温度设置:具备低温和高温两种温控模式
3. 光路长度:12.5 cm
4. 功耗:典型4W@25℃,运行时最高8W@ -25~50℃
5. CO2分析器
5.1测量范围:0~3000μmol/mol
5.2准确度:<1%
5.3零点漂移(℃-1):典型±0.1 μmol/mol,最大±0.3 μmol/mol
5.4 RMS噪声@370μmol/mol:0.08μmol/mol@5Hz,0.11μmol/mol@10Hz, 0.16μmol/mol@20Hz
5.5增益漂移(读数的%@370μmol/mol):典型±0.02%,最大±0.1%
5.6对H2O灵敏度(mol CO2/mol H2O):典型±0.00002;最大±0.00004
6. H2O分析器
6.1 测量范围:0~60 mmol/mol
6.2准确度:<1%
6.3零点漂移((℃-1):典型±0.03 mmol/mol,最大±0.05 mmol/mol
6.4 RMS噪声@10 mmol/mol:0.0034 mmol /mol @5Hz,0.0047 mmol /mol@10Hz,0.0067 mmol/mol @20Hz
6.5增益漂移(读数的%@20mmol/mol):典型±0.15%,最大±0.3%
6.6对CO2灵敏度(mol H2O /mol CO2): 典型±0.02,最大±0.05
实时在线通量计算模块
1. 内置GPS模块:高准度的系统时钟和布置在多个样地的仪器内的精确的时钟控制,方便用户进行站与站之间的通量数据比较。
2. 具有数据采集、自动修正、自动计算通量、无线下载数据并实时远程管理等功能。
3. 可直接使用完全修正好的通量数据:对感热、潜热、蒸散发、CO2、H2O样地实时和远程在线都进行完全自动修正,无需人为二次修正。
4. 远程连接:通过移动网络和卫星调制解调器可实现远程无线连接和控制。
数据分析软件
1. 通量数据处理软件
1.1可提供GHG-Europe与AmeriFlux标准格式数据输出。
1.2可实现实地的频谱修正、平面拟合等总计58种高级功能。
1.3支持任何频率的原始数据采样。
2. 涡度数据差补软件
2.1足迹建模:允许查看监测点地图,并可在足迹计算功能中,实现对通量贡献区的作图。
2.2 QA/QC:可选择任意变量过滤通量数据,或采用滑线轻松设置最小、最大阈值。
2.3气象站数据自动差补:可使用气象站数据来插补通量监测中丢失的气象数据。
空气温湿度传感器 | 图片 | |
温度传感器类型 | Pt100 RTD |
|
量程 | -80~60℃,精度(20℃时):≤±0.17℃(采用电压信号输出时),≤0.12℃(采用RS-485信号输出时) | |
相对湿度量程 | 0~100% RH,精度: | |
湿度测量精度(15~25℃) | ≤±1%(0~90% RH),≤±1.7%(90~100% RH)。 | |
响应时间 | 典型小于10秒 | |
电源 | 5~15VDC,7mA, | |
电缆 | 长度订货时标注清楚,厂家出厂前需要标定 |
风速传感器 | 图片 | |
量程 | 0-100 m/s | |
输出阻尼比率 | 0.3,阻尼自然波长7.4 m,风速交流电磁感应,每转3个脉冲,每分钟1800转 | |
精度 | ±0.3 m/s | |
功耗 | 最大10mA | |
温度范围 | -50~70℃ |
总辐射传感器 | 图片 | |
光谱范围 | 400~1100nm |
|
校准误差 | <±5% | |
温度依赖性 | <0.15%/℃ | |
灵敏度 | 0.2kW/m2m/V | |
工作环境 | -40~65℃,0~100% RH | |
稳定性 | ±2% |
光合有效辐射传感器 | 图片 | |
测量波长 | 400~700nm | |
测量范围 | 0~10000μmol/m²/sec | |
绝对校准误差 | 典型为<3%,最大为5% | |
灵敏度(电流) | 2μA/100μmol/m²/sec | |
灵敏度(电压) | 1mV/100μmol/m²/sec | |
检测器 | 蓝色增强扩散硅
| |
稳定性 | ±2% | |
响应时间(电压) | 10ns | |
余弦误差 | 3% | |
方位角误差 | <1% | |
温度系数 | +0.2%/°C |
大气压传感器 | 图片 | |
总精度 | -30到 +50℃):≤±0.15 kPa, | |
测量速度 | ≤1 Hz | |
环境温度总精度 | ≤±0.15℃(-30到 +50℃)。 |
塔体 | 图片 | |
高度 | 在莽山浪畔湖旁建设1座30米高的通量塔 | |
塔体 | 为热镀锌无缝角钢加螺丝固定的四柱拉线结构,采用3层不锈钢拉绳固定塔身;塔身边宽1m,设置中间爬梯,便于人攀援以及高空工作;建设6个可左右移动的伸臂(3.0米长)方便仪器安装;塔身设置5个平台,每个平台承载不小于150kg。 | |
抗风等级 | 要求能抗最大风速:40m/s; | |
抗震等级 | 7级 | |
防雷等级 | 接地电阻≤6Ω,且有防雷设备; | |
设计图纸 | 供设计图纸1套 | |
设备组成 | 开路涡动相关系统1套;风速空气温度、空气湿度各2个;大气压、太阳总辐射、光合有效辐射各1个。 |