渦度相關

1.概述：

渦度相關采用渦動協方差原理，是一種微氣象學的測量方法，利用快速響應的傳感器來測量大氣—下墊面間的物質交換和能量交換。是一種直接測算通量的標準方法,是測定生態系統物質、能量交換通量的關鍵技術。由于測量方式和原理不同，渦動觀測系統分為開路渦動觀測系統和閉路渦動觀測系統。

渦動觀測系統可以測量能量通量（顯熱通量、潛熱通量、動量通量）和物質通量（CO2 / H2O / CH4 / N2O）以及一些空氣動力學參數等,主要應用于邊界層理論研究、大氣擴散、能量收支研究、水分等物質收支等眾多領域。

通量觀測適用于森林、草地、農田、沙漠、城市、水域等各種下墊面環境，被廣泛應用于中科院、林科院、、及各科研領域對區域碳、水循環過程的研究；做為測算生態系統與大氣間物質和能量交換信息的有效手段，為分析地圈-生物圈-大氣圈的相互作用提供重要的數據基礎，為大尺度、長期和連續的科學研究提供支撐。

2.測量原理：

渦動通量觀測系統主要有三維風速及氣體密度高頻測定單元、供電單元、數據采集單元組成。三維風速及氣體密度高頻測定單元用來測量三維風速（Ux、Uy、Uz）、虛溫（Ts）、氣體密度（CO2和H2O）。數據采集、存儲及傳輸單元是核心采集處理單元，采集氣體分析儀輸出的濃度數據（CO2和H2O）、三維超聲風速儀輸出的三維風數據（Ux，Uy，Uz），超聲虛溫數據（Ts）、聲速（c）以及系統中其它輔助觀測數據，并將原始10HZ數據存儲到CF卡中；同時對原始數據做在線通量全修正計算，直接輸出可用于科研目的的高質量通量數據，并將通量數據存儲到CF卡中。另外可將數據通過有線/無線的方式遠程發送至數據中心。

3.LI-7500DS開路CO2/H2O氣體分析儀（渦動相關）

LI-7500DS是新一代數字型開路式CO2/H2O智能分析系統，是專為快速測量大氣環境中CO2和H2O而設計的，低至4W的功耗和近乎免維護的特點，使其更加適合在野外觀測臺站上進行長期穩定測量。

主要特點：

-- 低功耗：確保其可在野外臺站上進行長期定位測量

-- 連續測量：可對各個方向氣流采樣測量，從而可以有多種安裝選擇并能保證連續的數據測量

-- 記錄完整的渦度協方差數據：包括超聲風速計采集的風速數據和LI-COR Biomet系統采集的輔助氣象、輻射和土壤數據等

工作原理：

LI-7500DS 采用非色散紅外光譜法來測量空氣中CO2和H2O的密度。紅外線穿過可控溫

的濾光片，然后穿過開放的采樣空間到達紅外檢測器。特定波長的紅外線被采樣空間中的

CO2和H2O吸收，通過計算該波段紅外線衰減程度獲取CO2和H2O的氣體濃度。

儀器新特性

1.精準的光源和檢測器溫度控制，即使在較大的環境溫度波動下也能保證測量穩定。

2.精密的光學組件使其在自然環境下對污染物（如花粉、灰塵等）的敏感度大大降低。

3.特殊光波的藍寶石防刮鏡片設計。

4.高性能可控溫無刷斬光器，確保長期可靠地運轉。

4.CSAT3B三維超聲風速儀

Campbell Scientific Inc.公司新生產的CSAT3B三維超聲風速儀采用新工藝，在通訊和總線技術上采用了新技術。采用脈沖聲學模式工作，可以抗拒惡劣的天氣條件下的暴露工作。三相正交風速分量（Ux、Uy、Uz）和聲速（C）可以以*大100Hz的測量速度進行測量，提供多種類型的數字輸出。

CSAT3B 是CSAT3的升級產品；CSAT3B可以采用CPI總線方式，實現*多25個三維風儀在同一總線實現50Hz同步測量。

5.參考文獻：

1.《沙漠地區近地層能量交換特征研究初步評述》-李振杰;何清;艾力·買買提明

2.《吉爾吉斯柯孜爾河上游河谷草場能量閉合分析》-王喜花; 徐俊榮

3.《塔克拉瑪干沙漠腹地地表輻射與能量平衡》-楊帆;王順勝;何清;霍文;楊興華;鄭新倩;*;蔡文軍;買買提艾力·買買提依明

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6.《黃土高原半干旱區陸面溫度和能量的氣候特征分析》[J]. 孫昭萱,張強.

7.《黑河中上游不同下墊面反照率特征及其影響因子分析》[J]. 孫俊,胡澤勇,荀學義,彭雯,呂斌,徐麗嬌.

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10.《玉米生育期地表能量平衡的多時間尺度特征分析及不平衡原因的探索》[J]. 郭建俠,卞林根,戴長久

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