系統(tǒng)概述
常規(guī)梯度觀測系統(tǒng)是渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)的重要補(bǔ)充，為渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)提供重要的背景資料。
梯度觀測系統(tǒng)包括風(fēng)溫濕梯度觀測、輻射收支觀測及土壤觀測等。采用慢響應(yīng)傳感器，可以應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)法、能量平衡、物質(zhì)平衡等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的進(jìn)行具體的組合或數(shù)據(jù)分析。
梯度觀測,旨在準(zhǔn)確認(rèn)識大氣溫度特征,加強(qiáng)對物質(zhì)或水分循環(huán)的認(rèn)識。梯度系統(tǒng)可以設(shè)置高度不同的氣象觀測塔，通過小氣候自動(dòng)觀測系統(tǒng)測量多層風(fēng)、空氣溫濕度、土壤水分、土壤溫度等信息。
梯度監(jiān)測站可對地面生態(tài)環(huán)境及多種氣象要素如溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、輻射等，進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)采集、計(jì)算、處理、顯示、存儲(chǔ)和通訊，提高了觀測效率，有效減輕觀測人員的野外工作。
梯度觀測系統(tǒng)不僅能對能量平衡及物質(zhì)能量傳輸方面進(jìn)行研究，而且由于不同下墊面植被對溫度、濕度、風(fēng)速、輻射、光的分布造成的影響，使得梯度觀測系統(tǒng)對垂直方向的水汽通量、熱通量及痕量元素通量的研究顯得尤為顯著。
系統(tǒng)各層傳感器架設(shè)高度的選擇
1、農(nóng)田或草地下墊面：
以農(nóng)田或草地下墊面為主的區(qū)域，小氣候要素的變化在垂直梯度上遠(yuǎn)大于水平梯度，因此在布設(shè)時(shí)，觀測高度和深度的確定非常關(guān)鍵，觀測層次地上從1層、2層到4層，甚至7至8層，觀測高度一般不超過40米，地下3至4層至植物根部。
2、森林下墊面：
由于森林冠層下方有反梯度擴(kuò)散的情況，樹木的立地條件、冠層結(jié)構(gòu)和冠層高度、郁閉度的大小以及次冠層和灌木或草的覆蓋情況設(shè)計(jì)上均有不同，通常在冠層下設(shè)置1到3層，林冠上方設(shè)置2到4層，可能需要幾個(gè)數(shù)采器共同完成。根據(jù)通量網(wǎng)的*和必測常規(guī)項(xiàng)目，GM3000系統(tǒng)的梯度觀測需要包括風(fēng)、溫度、濕度、輻射、CO2濃度以及土壤的溫度、水分等。需要特別注意的是觀測塔的高度需要至少冠層高度的1.5倍。
3、梯度觀測系統(tǒng)組成：
Ø 多層層空氣溫濕度；
Ø 多層溫度傳感器；
Ø 多層風(fēng)速傳感器和一層風(fēng)向傳感器；
Ø 一層四分量凈輻射和一層光合有效輻射，安裝在冠層上方1.5～2m處；反射輻射及桿式光量子可選；
Ø 地表溫度和冠層溫度；
Ø 多層土壤溫度；
Ø 多層土壤水分；
Ø 土壤熱通量板；
Ø 土壤熱平衡探頭；
梯度站由CR3000數(shù)據(jù)采集器和一些傳感器等組成。CR3000數(shù)據(jù)采集器起數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、存貯、控制等功能。HMP155是空氣溫度/相對濕度傳感器，地表的能量主要來自于太陽輻射，因此系統(tǒng)中還有一些輻射傳感器，其中CNR4是凈輻射傳感器，HFP01熱通量板測量土壤儲(chǔ)熱。
風(fēng)速/風(fēng)向傳感器選用010C/020C，這兩種傳感器為啟動(dòng)風(fēng)速低、精度高，是獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)的重要保證。
輻射收支測量系統(tǒng)配置了一個(gè)四分量凈輻射表CNR4或采用更高精度的CMP21和CGR4組合高精度凈輻射傳感器，測量研究區(qū)的太陽輻射收支及凈輻射能量（包括短波和長波）收支情況。輻射能量與土壤熱通量、開路渦動(dòng)協(xié)方差所測的顯熱/潛熱一起，構(gòu)成了一個(gè)完整的能量平衡系統(tǒng)，能量平衡的閉合程度是檢驗(yàn)開路渦動(dòng)協(xié)方差觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的一個(gè)重要參考方面。
地下部分包括土壤溫度/土壤濕度/土壤熱通量觀測等，涵蓋了土壤水分和能量研究。
設(shè)備名稱及型號 | 性能參數(shù) | 數(shù)量 |
數(shù)據(jù)采集器（CR1000） | 大掃描速率：100Hz；通道：16個(gè)單端，8對差分；脈沖通道：2個(gè)；工作溫度： -25~50℃（標(biāo)準(zhǔn)），-55℃~85℃（擴(kuò)展）；標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存為4M，可擴(kuò)展至2G；13位A/D轉(zhuǎn)換； | 1臺(tái) |
數(shù)據(jù)采集器 （CR3000） | 大掃描速率：100Hz；通道：14對差分，28個(gè)單端；4個(gè)24位脈沖，4個(gè)電壓激發(fā)，3個(gè)電流激發(fā)；8個(gè)數(shù)字輸入輸出口；16位A/D轉(zhuǎn)換；4M內(nèi)存，可擴(kuò)展至2G；工作溫度：－25°C～50°C；可擴(kuò)展到-40°C ~85°C | 1臺(tái) |
數(shù)采擴(kuò)展板（AM16/32B） | 與CR系列數(shù)采結(jié)合使用，可擴(kuò)展32個(gè)測量通道 |
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便攜式移動(dòng)存儲(chǔ)（SC115） | 插拔式2G移動(dòng)存儲(chǔ)模塊 | 1套 |
溫濕度傳感器HMP155A | 工作溫度：-80~60℃ 溫度：量程：-80~60℃； 精度（20℃時(shí)）： ±0.17℃（采用電壓信號輸出時(shí)）； 0.12℃（采用RS-485信號輸出時(shí)） 相對濕度：量程：0~* RH； 精度（15~25℃）：±1%（0~90% RH），±1.7%（90~* RH）； | 多層
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風(fēng)速傳感器(010C-1) | 測量范圍：0-60m/s；啟動(dòng)風(fēng)速：0.22m/s；精度：1％；溫度范圍：-50℃～＋65℃；輸出信號：11V脈沖； | 多層
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風(fēng)向傳感器 （020C-1） | 測量范圍：電子0～357º；機(jī)械式0～360º；啟動(dòng)風(fēng)速：0.22m/s；線性：±1/2%全量程；精度：±3º ；阻尼常數(shù)：0.25；溫度范圍：-50℃～＋65℃；輸出信號：a. 0～5V或0～2.5V；輸出阻抗：100Ω大； |
單層或兩層 |
紅外表面溫度 （SI-111） | 響應(yīng)時(shí)間：<1s變化到目標(biāo)溫度 目標(biāo)溫度輸出信號：60µV/℃?zhèn)鞲衅鳒囟茸兓?/p> 信號輸出：0～2500mV 波長范圍：8～14µm 精度：±0.2℃@ -15℃～+60℃； ±0.5℃@ -55℃～+80℃； 重復(fù)精度：±0.1℃@ -15℃～+60℃； ±0.3℃@ -55℃～+80℃； 溫度范圍：-40℃～+70℃（工作溫度） | 地表溫度和冠層溫度 |
雨量桶（TEM525MM） | 精度：±1％（10mm/hr時(shí)）；0～±3％（10～20mm/hr時(shí)）；0～±5％（20～30mm/hr時(shí)）； 傳感器類型：翻斗式/干簧管開關(guān)；溫度：0～50℃；分辨率：1斗(0.1mm)；盛水口直徑：24.5cm | 一個(gè)或兩個(gè) |
氣壓 （CS106） | 總精度：±[ protected] +20℃ 線性：±0.45mb *穩(wěn)定性：0.1mb/年 工作溫度：-40℃～+60℃ |
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四風(fēng)量凈輻射 （CNR4） | 輸出：4個(gè)輸出，分別是向上的短波、向下的短波以及向上的長波和向下的長波 輻射表內(nèi)置的溫度傳感器：10K的熱敏電阻和PT-100 鉑電阻 響應(yīng)時(shí)間：<18s 非線性誤差：1% 溫度依賴靈敏度：<5% 靈敏度：短波 7~20μv/w/m2 長波 5~10 μv/w/m2 工作溫度：-40~80℃ 光譜波長：短波輻射傳感器310~2800nm，長波輻射傳感器4.5~42μm 視角：短波輻射傳感器180º，長波輻射傳感器向下150º，長波輻射傳感器向上180º | 1套 |
光合有效輻射 （PQS1） | 量程：0~10000μmol/m2/s；光譜波長：400~700nm； 靈敏度：4~6μV/μmol/m2/s；反應(yīng)時(shí)間：<0.1秒；量子反應(yīng)匹配：<10%；方向誤差：<10%；靈敏度溫度依賴性：-0.1%/℃；工作溫度：-30~70℃ | 1個(gè)或多個(gè) |
桿式光量子 （LQS70）
| 輸出：響應(yīng)0.200mV/μmol/m2s1；全日照：400mV（2000μmol/m2s1）；線性范圍：1000mV（5000μmol/m2s1）；靈敏度：5.00μmol/m2s1/mV
| 1個(gè)或多個(gè) |
土壤平均溫度探頭（TCAV） | E型熱電偶探頭；測量小面積土壤的垂直、水平兩個(gè)方向的平均溫度 2x2 熱電偶配置(共4個(gè)接點(diǎn)) ；通常和土壤熱通量板合用
| 1個(gè) |
土壤溫度（109） | 量程：-50~70℃；工作溫度：-50~100℃；可互換性誤差：<±0.2℃； | 多層 |
土壤水分（CS616） | 精度：±2.5% VWC；分辨率：0.1% VWC； 輸出：±0.7V方波（頻率大小取決于含水量）； 供電：5~18VDC；激發(fā)電壓：小4VDC，大18VDC； | 多層 |
土壤熱通量板（HFP01） | 傳感器類型：熱電偶；量程：-2000~2000W/m2；標(biāo)稱電阻：2W；靈敏度：50μV/W/m2 HFP01：傳感器內(nèi)阻：<0.00625km2/W；精度：-15%~+5%（土壤內(nèi)）； | 多層 |
數(shù)采防護(hù)機(jī)箱（ENC14/16） | 數(shù)采機(jī)箱。采用玻璃纖維合成防腐聚酯加工而成。 可以放置數(shù)據(jù)采集器和一些外部設(shè)備，如SC115及大氣壓力傳感器。 |
1套 |
