渦動觀測系統(tǒng)，采用渦動協(xié)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(tài)系統(tǒng)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(tǒng)分為開路渦動觀測系統(tǒng)和閉路渦...

1.概述：

渦動觀測系統(tǒng)，采用渦動協(xié)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(tài)系統(tǒng)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(tǒng)分為開路渦動觀測系統(tǒng)和閉路渦動觀測系統(tǒng)。

渦動觀測系統(tǒng)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(shù)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(huán)境，被廣泛應用于中科院、林科院、、及各科研領域對區(qū)域碳、水循環(huán)過程的研究；做為測算生態(tài)系統(tǒng)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(shù)據(jù)基礎，為大尺度、長期和連續(xù)的科學研究提供支撐。

2.測量原理：

渦動通量觀測系統(tǒng)主要有三維風速及氣體密度高頻測定單元、供電單元、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)（CO2和H2O）、三維超聲風速儀輸出的三維風數(shù)據(jù)（Ux，Uy，Uz），超聲虛溫數(shù)據(jù)（Ts）、聲速（c）以及系統(tǒng)中其它輔助觀測數(shù)據(jù)，并將原始10HZ數(shù)據(jù)存儲到CF卡中；同時對原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并將通量數(shù)據(jù)存儲到CF卡中。另外可將數(shù)據(jù)通過有線/無線的方式遠程發(fā)送至數(shù)據(jù)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(shù)字型開路式CO2/H2O智能分析系統(tǒng)，是專為快速測量大氣環(huán)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(wěn)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(xù)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(xù)的數(shù)據(jù)測量

---記錄完整的渦度協(xié)方差數(shù)據(jù)：包括超聲風速計采集的風速數(shù)據(jù)和LI-COR Biomet系統(tǒng)采集的輔助氣象、輻射和土壤數(shù)據(jù)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(huán)境溫度波動下也能保證測量穩(wěn)定。

2.精密的光學組件使其在自然環(huán)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.WINDMASTER三維超聲風速儀

新型的WindMaster 三維超聲風速儀是一款精力充沛的儀器，儀器可以進行湍流測量、表面能量平衡測量和梯度通量測量。

所有的研究都要依靠精密精準的測量，風速和聲速溫度都是不一致的。

這些條件決定了在進行梯度通量測量時需要使用渦動協(xié)方差技術，Gill的三維超聲風速風向儀采用了*佳的外形配置和電子技術處理以*小化流動扭曲和變送器陰影效應。Gill承諾對每個傳感器都單獨在Gill的風洞內進行了測試，從而保證了傳感器的*的性能。WindMaster可以提供20Hz的數(shù)據(jù)輸出頻率，而且還可以提高到32Hz。儀器由鋁和碳化纖維材料構成。通過野外試驗證明，Gill的傳感器可以測量高大45米/秒的風速。

軟件和電子技術大大提高了改善垂直分辨率和SOS精度。新的電子設計技術使得儀器的功耗降至30mA(12VDC).

產(chǎn)品特點：

※ 免維護

※ 重量輕

※ U, V, W, SOS & 聲速溫度輸出

※ 20Hz 或可選擇32Hz 數(shù)據(jù)頻率

※ 可選擇模擬量輸出或數(shù)字輸出

※應用：氣象系統(tǒng)，安全運輸，結構安全監(jiān)測，風廓線，海洋研究，風渦流測量

WINDMASTER PRO三維超聲風速儀

WindMaster Pro具有更加出眾的設計性能，風速量程*大達到65m/s，支持32Hz高頻采樣測量，能夠在更大的測量范圍內為用戶提供更加精準的測量數(shù)據(jù)。同時，WindMaster Pro采用不銹鋼材料制造，能夠勝任更加惡劣測量環(huán)境的需要，并具有優(yōu)良的使用壽命。它安裝簡單，維護方便。

您也可以為其選配模擬輸入/輸出功能和14bit的外接溫度測量（PRT）。其性能可滿足大氣湍流觀測、能量平衡等研究要求。可以作為渦動協(xié)方差系統(tǒng)中重要的風監(jiān)測單元。

5.參考文獻：

1.《沙漠地區(qū)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

4.《黃土高原半干旱草地地表能量通量及閉合率》[J]. 岳平,張強,楊金虎,李宏宇,孫旭映,楊啟國,張建忠.  

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6.《黃土高原半干旱區(qū)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.

8.《沙漠腹地春夏季近地層大氣湍流特征觀測分析》[J]. 繆啟龍,溫雅婷,何清,李蘭蘭,王晶.

9.《敦煌戈壁冬夏季地表輻射與能量平衡特征對比研究》[J]. 劉宏誼,楊興國,張強,王潤元,王勝,王鶴齡

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