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產(chǎn)品展示/ PRODUCTS PLAY

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渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))

描述:渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng)) 渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))

  • 產(chǎn)品廠(chǎng)地:北京市
  • 廠(chǎng)商性質(zhì):代理商
  • 更新時(shí)間:2021-11-24
  • 訪(fǎng)問(wèn)量:622
產(chǎn)品介紹/ PRODUCT PRESENTATION
渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))
渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))采用渦動(dòng)協(xié)方差系統測量H2O、CO2和熱通量,可以計算出顯熱通量、潛熱通量和二氧化碳通量,副產(chǎn)品有動(dòng)量通量和摩擦風(fēng)速等。 
主要系統部件:

數據采集器,三維超聲風(fēng)速儀,開(kāi)路二氧化碳/水汽分析儀或氪濕度計,空氣溫濕度探頭,短波輻射表,長(cháng)波輻射表,凈輻射表,雨量桶,光合有效輻射傳感器,紅外表面溫度探頭,土壤含水量探頭,土壤熱通量板,土壤溫度探頭,土壤平均溫度探頭等。

渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))

可測量的變量:
風(fēng)和溫度
CO2 H2O 摩爾密度
儀器組成及原理:
渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))由數據采集器和超聲風(fēng)速儀、CO2/H2O分析儀等組成。
數據采集器控制整個(gè)系統的測量、采集、數據運算及存貯。
三維超聲風(fēng)速儀測量空氣的三維風(fēng)速及超聲虛溫,開(kāi)路分析儀測量空氣中的CO2H2O氣體含量,這兩種傳感器測得的數據構成了渦動(dòng)協(xié)方差系統的原始數據,經(jīng)過(guò)數據采集器在線(xiàn)計算或研究者離線(xiàn)處理,可得到CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、空氣動(dòng)量通量、磨擦風(fēng)速等,這些特征是用于渦動(dòng)協(xié)方差研究的主要參量。
在渦動(dòng)協(xié)方差研究中,還有必要測量研究區域的能量平衡。太陽(yáng)輻射(向下短波輻射,及DR)進(jìn)入地球大氣層,經(jīng)過(guò)直射、散射、轉化等機制作用后,在大氣中形成既有向下的短波輻射(DR)和長(cháng)波輻射(DLR),也有向上的矮波輻射(UR)和長(cháng)波輻射(ULR)。在這個(gè)系統中,四分量?jì)糨椛鋫鞲衅鳒y量了這些輻射分量和總的結果(凈輻射Rn);熱通量板測量約5cm處的土壤熱通量,平均熱電偶探頭用于測量土壤儲熱,土壤含水量探頭用于測量土壤中的水的儲熱;這些量和渦動(dòng)協(xié)方差系統所測的顯熱及潛熱,用于考察研究區域的能量平衡。
由于開(kāi)路分析儀和三維超聲風(fēng)速儀各自的測量機制,它們的測量都容易受降雨影響,光合有效輻射傳感器所測數據可用于CO2通量的后期修正。
 渦動(dòng)協(xié)方差及能量平衡系統(渦動(dòng))
系統配置及簡(jiǎn)要介紹:
一般情況下,系統包括以下儀器和部件;實(shí)際應用于中,常根據用戶(hù)具體測量要求調整配置。
近地面層通量觀(guān)測系統是國家氣候觀(guān)象臺氣候綜合探測系統的一個(gè)重要組成部分,是用于測量地氣交界面附近輻射通量、能量通量、物質(zhì)通量、土壤熱通量和氣象要素分布梯度的綜合觀(guān)測系統。主要包括近地層大氣溫度、風(fēng)、濕度、氣壓、降水量、蒸發(fā)量、土壤溫度、土壤濕度、土壤熱通量、輻射、物質(zhì)通量(水汽、碳通量)觀(guān)測及熱量、動(dòng)量通量等要素觀(guān)測,以此來(lái)獲取不同代表性下墊面區域上大氣邊界層的動(dòng)力、熱力結構,多圈層相互作用過(guò)程中各種能量、物質(zhì)交換的相關(guān)信息。
 
近地面層介紹
0 - 100m以下氣層(包括粘性次層)稱(chēng)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(guān)測核心是了解水循環(huán)和碳循環(huán)過(guò)程機理、變化趨勢以及調控管理的綜合研究。近地層通量觀(guān)測主要是水汽和碳通量,并同時(shí)進(jìn)行近地層大氣溫度、風(fēng)、濕度、輻射、氣壓、降水量、蒸發(fā)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(dòng)量通量、物質(zhì)通量等要素觀(guān)測,以獲取不同代表性下墊面區域近地層動(dòng)力、熱力結構及其各類(lèi)能量收支、物質(zhì)交換等多圈層相互作用過(guò)程綜合信息。
通過(guò)獲取典型生態(tài)系統地-氣間顯熱、潛熱、動(dòng)量通量和CO2通量的長(cháng)期觀(guān)測數據,為氣象部門(mén)開(kāi)展氣候系統模式的研究提供基礎數據;為**系統地開(kāi)展典型生態(tài)系統中生態(tài)過(guò)程與小氣候、地-氣相互作用及水熱平衡特征、大氣-生態(tài)-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(jìn)行生態(tài)系統對地-氣間顯熱、潛熱、動(dòng)量通量和CO2通量影響的長(cháng)期觀(guān)測的技術(shù)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(lèi)型,是開(kāi)展農田生態(tài)系統、林業(yè)生態(tài)系統等陸氣、海氣過(guò)程觀(guān)測的通量站。
通量系統介紹
該系統由梯度觀(guān)測系統、渦動(dòng)協(xié)方差系統及監控計算機、通訊網(wǎng)絡(luò )、供電系統組成。
梯度站觀(guān)測系統組成
由包括空氣溫度/相對濕度/風(fēng)速梯度觀(guān)測、輻射觀(guān)測及土壤觀(guān)測等組成常規的背景觀(guān)測系統,包括:
1個(gè)數據采集器和1個(gè)測量通道擴展板
1個(gè)機箱
5層空氣溫濕度傳感器
5層空氣溫度傳感器
5層風(fēng)速傳感器和1層風(fēng)向傳感器
1個(gè)凈輻射、光合有效輻射及紅外表面溫度傳感器安裝在4米處
5層土壤溫度
5層土壤水分
3個(gè)熱通量板
 
開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統的組成
開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統應用渦動(dòng)協(xié)方差技術(shù),測量研究區的CO2通量、顯熱通量、潛熱通量、動(dòng)量通量和摩擦風(fēng)速等,包括:
數據采集器
三維超聲風(fēng)速儀
CO2/H2O分析儀等組成
 
儀器布設的描述(見(jiàn)下表)

層數

高度

傳感器

測量參數

第五層

30

010C-1風(fēng)速傳感器,HMP45C空氣溫濕度,PT100

風(fēng)速,空氣溫度,相對濕度

第四層

20

010C-1風(fēng)速傳感器,HMP45C空氣溫濕度,PT100

風(fēng)速,空氣溫度,相對濕度

第三層

10

010C-1風(fēng)速傳感器,020C-1風(fēng)向傳感器,空氣溫濕度,PT100

風(fēng)速,風(fēng)向,空氣溫度,相對濕度

**層

4

010C-1風(fēng)速傳感器,020C-1風(fēng)向傳感器,HMP45C空氣溫濕度,PT100,三維超聲風(fēng)速儀,LI7500A二氧化碳水汽分析儀,CNR4凈輻射傳感器,LI190SB光合有效輻射傳感器,IRR-P紅外表面溫度探頭

風(fēng)速,風(fēng)向,空氣溫度,相對濕度,開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差數據,光合有效輻射,紅外地表溫度,太陽(yáng)短波輻射,向上反射短波輻射,地球長(cháng)波輻射,大氣長(cháng)波輻射,凈輻射

**層

2

010C-1風(fēng)速傳感器,HMP45C空氣溫濕度,PT100

風(fēng)速,空氣溫度,相對濕度

 

1.5

PTB210大氣壓力傳感器

大氣壓力


土壤溫度

層數

深度

傳感器

測量參數

**層

5cm

PT100

土壤溫度

**層

10cm

PT100

土壤溫度

第三層

15cm

PT100

土壤溫度

第四層

20cm

PT100

土壤溫度

第五層

40cm

PT100

土壤溫度


土壤含水量


層數

深度

傳感器

測量參數

**層

10cm

CS616

土壤含水量

**層

20cm

CS616

土壤含水量

第三層

50cm

CS616

土壤含水量

第四層

100cm

CS616

土壤含水量

第五層

180cm

CS616

土壤含水量

土壤熱通量

層數

深度

傳感器

測量參數

**層

5cm

HFP01SC

土壤熱通量

 
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(guān)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(kāi)路渦動(dòng)協(xié)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(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統供電由于系統中配置了交流電源,這會(huì )增加系統遭雷擊的可能性。因此,配備了一個(gè)交流防雷設備,系統中所需的交流電源全部經(jīng)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(wǎng)接地線(xiàn),從機箱下的接線(xiàn)柱連接到鐵塔的接地樁上并且鐵塔對地電阻小于。
 
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(wǎng)更靈活,讓觀(guān)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(xiàn)實(shí)現從監控室到采集器的通訊。
485總線(xiàn)通訊
通過(guò)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(guò)RS-485進(jìn)行通訊。觀(guān)測人員從監控室的PC上可以訪(fǎng)問(wèn)到系統中的每一個(gè)數據采集器。RS-485總線(xiàn)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(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統的通量數據和CO2/H2O廓線(xiàn)數據)。
485模塊有RS-485、RS-232CS I/O三個(gè)通訊端口,可以同時(shí)使用其中的任意兩個(gè)(需要先設置好)。在此,設置485模塊的通訊模式為“PakBus Networking",485RS-485端口為總線(xiàn)接口,其RS-232CS I/O端口為子站接口。采用PakBus協(xié)議的一個(gè)主要好處在于總線(xiàn)中的各個(gè)子站可以相互訪(fǎng)問(wèn)。
 
CF卡數據備份
對于開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統,雖然其數據采集器也連接到了RS-485總線(xiàn)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(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差的所有數據在保存到數據采集器內存的同時(shí),也保存到CF卡上。觀(guān)測人員需要定期更換CF卡。
 
監控軟件與數據格式轉換軟件
通過(guò)軟件來(lái)完成設置調試運行工作, AFWS軟件來(lái)完成日常監控數據分析查看等工作,LI7500A軟件完成開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統的標定工作。
 
服務(wù)軟件
軟件完成采集測量程序的編寫(xiě)、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(dòng)下載歷史記錄。通訊使用2進(jìn)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(wǎng)方式,及各種通訊協(xié)議,可以作為日常AFWS軟件的通訊服務(wù)
 
AFWS監控軟件
AFWS是近地層通量網(wǎng)絡(luò )監測系統開(kāi)發(fā)的綜合監控軟件,該軟件實(shí)現以下功能:
數據文件生成:自動(dòng)生成所需要的4個(gè)數據文件;
數據格式轉換:按照要求的數據格式存儲;
數據查看:通過(guò)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(dòng)氣象站,具有數據量大,數據種類(lèi)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(jìn)行數據的圖表繪制,多個(gè)數據的比較,廓線(xiàn)圖、風(fēng)玫瑰圖等方法觀(guān)察判斷數據的質(zhì)量和通量的大小變化規律。
 
LI 7500A軟件
主要用于設置資料的輸出模式、校正方式以便完成分析儀的標定工作。
 
數據格式
近地邊界層通量觀(guān)測系統采集數據文件包括由數據采集器處理后,通過(guò)終端計算機處理軟件直接存儲到計算機硬盤(pán)中的數據文件。數據文件分為湍流觀(guān)測、梯度觀(guān)測兩大類(lèi),其 中湍流觀(guān)測數據文件包括兩類(lèi):一類(lèi)是用來(lái)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(lèi)是數據采集器在線(xiàn)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(guān)測數據除滿(mǎn)足《地面氣象觀(guān)測規范》的要求外,同時(shí)需滿(mǎn)足用于近地面邊界層能量收支平衡的分析處理。
 
近地邊界層通量觀(guān)測系統采集數據文件由以下文件組成。
湍流觀(guān)測
梯度觀(guān)測
 
儀器簡(jiǎn)介
風(fēng)向風(fēng)速測量。
010C-1風(fēng)速傳感器(安裝在鐵塔的2、4、10、20、30米處)和020C風(fēng)向傳感器(安裝在鐵塔的10米處)是由Metone公司生產(chǎn)的一種高精度的水平風(fēng)速傳感器,具有測量精度高、啟動(dòng)風(fēng)速低、可靠耐用等特點(diǎn)。
 
溫濕的測量。
HMP45C溫濕度傳感器包括一個(gè)鉑電阻溫度探頭(PT100)和一個(gè)容性相對濕度傳感器;PT1000高精度溫度傳感器是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)本身電阻也隨著(zhù)發(fā)生變化的特性來(lái)測量溫度的,它們安裝在鐵塔的2、4、10、20、30米處。
 
CNR4凈輻射傳感器。
凈輻射傳感器用于測量日射和遠紅外輻射平衡,用于測量地表凈輻射。CNR4由四個(gè)靈敏度相同的傳感器組成。CNR4有兩個(gè)半球型180度視覺(jué)范圍的能量接收窗,一個(gè)朝上,一個(gè)朝下。CNR4被設計用來(lái)測量來(lái)自這兩個(gè)接收窗的能量。被測量的光譜范圍大概從0.33微米。這個(gè)光譜范圍既覆蓋了太陽(yáng)光輻射,0.33微米,也包括了遠紅外輻射,550微米,在鐵塔的4米處。
 
IRR-P傳感器。
IRR-P是一種非接觸式傳感器,它通過(guò)感受物體發(fā)出的紅外線(xiàn),來(lái)測量被測物體的表面溫度。IRR-P廣泛應用于測量樹(shù)葉、帳篷的溫度以及平均表面溫度。一個(gè)單獨的熱敏電阻用來(lái)測量傳感器自身的溫度,以提高IRR-P的測量精度。在鐵塔的4米處。
 
LI-190SB光合有效輻射傳感器。
LI-190SB采用硅光電探測器測量太陽(yáng)光輻射。在傳感器電纜里面有一個(gè)內置電阻,將傳感器信號轉變?yōu)?span lang="EN-US">μV-mV電壓信號,可使數據采集器對其直接進(jìn)行測量,在鐵塔的4米處。
 
PTB210大氣壓力傳感器
PTB210大氣壓傳感器是由Vaisala公司生產(chǎn)的一種高精度數字氣壓傳感器有模擬量輸出,有多種氣壓測量范圍可以選配,在鐵塔的1.5米處。
 
土壤溫度傳感器。
PT100鉑電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)本身電阻也隨著(zhù)發(fā)生變化的特性來(lái)測量溫度的。
 
土壤含水量傳感器。
CS616用來(lái)測量土壤或其他介質(zhì)含水量。CS616通過(guò)其探頭測得被測物體的介電常數,從而算出含水量。CS616輸出量是一個(gè)方波,這個(gè)方波可以被采集記錄下來(lái),然后通過(guò)計算和校正得出含水量,也可得出一個(gè)時(shí)期的含水量。
HFP01土壤熱通量傳感器。
傳感器由熱電堆和薄膜加熱器組成。
 
三維風(fēng)速儀(Windmaster,Windmaster Pro,R3-50,R3-100 etc.
三維超聲風(fēng)速儀是垂直測量路徑為10cm,采用脈沖聲學(xué)模式工作,可以在惡劣天氣條件下的暴露工作。三相正交風(fēng)速分量(Ux、Uy、Uz)和聲速(C)可以以*大60Hz的速度測量和輸出。提供模擬和數字兩種類(lèi)型輸出??捎腥N模式激發(fā)測量:三維超聲風(fēng)速儀的內部時(shí)鐘,PC機產(chǎn)生的RS232指令或數采的SDM指令,SDM通訊協(xié)議可以支持一個(gè)組激發(fā)器,從而可同步測量每個(gè)三維超聲風(fēng)速儀。
 
HMP45C空氣溫濕度傳感器(使用梯度站同一高度傳感器)(HMP155
用于測量空氣的溫度和濕度,在渦動(dòng)協(xié)方差開(kāi)路系統中用于修正通量值。
 
紅外CO2/H2O分析儀(LI7500A分析儀)。
LI-7500A CO2/H2O分析儀是高速的、高性的、開(kāi)路式的CO2/H2O氣體分析儀,能夠在苛刻的空氣環(huán)境中測量CO2H2O的-概濃度大小。在渦度相關(guān)的研究中這些資料和風(fēng)速波動(dòng)的資料相連,可以確定CO2H2O的流量大小。主要應用在氣候變化和生態(tài)研究中,確定農田或自然景觀(guān)等的CO2H2O的量。操作箱可以使LI-7500A的分析器和連接部分位于一個(gè)不受天氣影響的環(huán)境中,操作箱中密封的外部感測器允許電源、RS-232DAC輸出、類(lèi)比輸出,以用同步測量設備的介面與之相連。連接在控制箱上的是LI-7500A感應器頭部,空氣動(dòng)力學(xué)的圍欄覆蓋了分析儀的光學(xué)部分、紅外光源和探測器。LI-7500A是一臺-概的氣體分析儀,即是氣體通過(guò)分析儀頭部開(kāi)放的路徑時(shí),CO2H2O的-概濃度通過(guò)光源(感應器頭部下面葉室)和探測器(感應器頭部的上部葉室)之間吸收紅外輻射和的差異得到。
采集器的測量組成包括:控制電路,通訊端口,鍵盤(pán)顯示器,電源,手動(dòng)傳輸。采集器的功耗很小,在野外可以由一個(gè)直流電源供電。
 
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