涡动相关设备

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1.概述：

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 / CH4 / N2O）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、、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。

2.测量原理：

涡动通量观测系统主要有三维风速及气体密度高频测定单元、供电单元、数据采集单元组成。三维风速及气体密度高频测定单元用来测量三维风速（Ux、Uy、Uz）、虚温（Ts）、气体密度（CO2和H2O）。数据采集、存储及传输单元是核心采集处理单元，采集气体分析仪输出的浓度数据（CO2和H2O）、三维超声风速仪输出的三维风数据（Ux，Uy，Uz），超声虚温数据（Ts）、声速（c）以及系统中其它辅助观测数据，并将原始10HZ数据存储到CF卡中；同时对原始数据做在线通量全修正计算，直接输出可用于科研目的的高质量通量数据，并将通量数据存储到CF卡中。另外可将数据通过有线/无线的方式远程发送至数据中心。

3.LI-7500DS开路CO2/H2O气体分析仪（涡动相关）

LI-7500DS是新一代数字型开路式CO2/H2O智能分析系统，是专为快速测量大气环境中CO2和H2O而设计的，低至4W的功耗和近乎免维护的特点，使其更加适合在野外观测台站上进行长期稳定测量。

主要特点：

---低功耗：确保其可在野外台站上进行长期定位测量

---连续测量：可对各个方向气流采样测量，从而可以有多种安装选择并能保证连续的数据测量

---记录完整的涡度协方差数据：包括超声风速计采集的风速数据和LI-COR Biomet系统采集的辅助气象、辐射和土壤数据等

工作原理：

LI-7500DS 采用非色散红外光谱法来测量空气中CO2和H2O的密度。红外线穿过可控温的滤光片，然后穿过开放的采样空间到达红外检测器。特定波长的红外线被采样空间中的CO2和H2O吸收，通过计算该波段红外线衰减程度获取CO2和H2O的气体浓度。

仪器新特性

1.精准的光源和检测器温度控制，即使在较大的环境温度波动下也能保证测量稳定。

2.精密的光学组件使其在自然环境下对污染物（如花粉、灰尘等）的敏感度大大降低。

3.特殊光波的蓝宝石防刮镜片设计。

4.高性能可控温无刷斩光器，确保长期可靠地运转。

4.WINDMASTER三维超声风速仪

新型的WindMaster 三维超声风速仪是一款精力充沛的仪器，仪器可以进行湍流测量、表面能量平衡测量和梯度通量测量。

所有的研究都要依靠精密精准的测量，风速和声速温度都是不一致的。

这些条件决定了在进行梯度通量测量时需要使用涡动协方差技术，Gill的三维超声风速风向仪采用了*佳的外形配置和电子技术处理以*小化流动扭曲和变送器阴影效应。Gill承诺对每个传感器都单独在Gill的风洞内进行了测试，从而保证了传感器的优越的性能。WindMaster可以提供20Hz的数据输出频率，而且还可以提高到32Hz。仪器由铝和碳化纤维材料构成。通过野外试验证明，Gill的传感器可以测量高大45米/秒的风速。

软件和电子技术大大提高了改善垂直分辨率和SOS精度。新的电子设计技术使得仪器的功耗降至30mA(12VDC).

产品特点：

※ 免维护

※ 重量轻

※ U, V, W, SOS & 声速温度输出

※ 20Hz 或可选择32Hz 数据频率

※ 可选择模拟量输出或数字输出

※应用：气象系统，安全运输，结构安全监测，风廓线，海洋研究，风涡流测量

涡动相关设备

WINDMASTER PRO三维超声风速仪

WindMaster Pro具有更加出众的设计性能，风速量程*大达到65m/s，支持32Hz高频采样测量，能够在更大的测量范围内为用户提供更加精准的测量数据。同时，WindMaster Pro采用不锈钢材料制造，能够胜任更加恶劣测量环境的需要，并具有优良的使用寿命。它安装简单，维护方便。

您也可以为其选配模拟输入/输出功能和14bit的外接温度测量（PRT）。其性能可满足大气湍流观测、能量平衡等研究要求。可以作为涡动协方差系统中重要的风监测单元。

5.参考文献：

1.《沙漠地区近地层能量交换特征研究初步评述》-李振杰;何清;艾力·买买提明

2.《吉尔吉斯柯孜尔河上游河谷草场能量闭合分析》-王喜花; 徐俊荣

3.《塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射与能量平衡》-杨帆;王顺胜;何清;霍文;杨兴华;郑新倩;*;蔡文军;买买提艾力·买买提依明

4.《黄土高原半干旱草地地表能量通量及闭合率》[J]. 岳平,张强,杨金虎,李宏宇,孙旭映,杨启国,张建忠.

5.《青藏高原地面有效辐射变化及其对表层土温的影响》[J]. 李韧,赵林,丁永建,沈永平,季国良,刘广岳,杜二计,肖瑶,孙琳婵,刘杨,石伟.

6.《黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析》[J]. 孙昭萱,张强.

7.《黑河中上游不同下垫面反照率特征及其影响因子分析》[J]. 孙俊,胡泽勇,荀学义,彭雯,吕斌,徐丽娇.

8.《沙漠腹地春夏季近地层大气湍流特征观测分析》[J]. 缪启龙,温雅婷,何清,李兰兰,王晶.

9.《敦煌戈壁冬夏季地表辐射与能量平衡特征对比研究》[J]. 刘宏谊,杨兴国,张强,王润元,王胜,王鹤龄

10.《玉米生育期地表能量平衡的多时间尺度特征分析及不平衡原因的探索》[J]. 郭建侠,卞林根,戴长久