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涡度相关的功能及原理分享
点击次数:130 发布时间:2019-05-24
   涡度相关适用于森林、草地、农田、沙漠及城市等各种下垫面环境,广泛应用于中科院、林科院、农科院、气象局及各科研领域,对区域碳、水循环过程的研究,作为生态系统与大气之间的CO2、H2O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,评价陆地生态系统在碳循环中的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。

    美国Campbell Scientific Inc。(CSI)的通量观测系统已国内各领域得到广泛应用,中国科学院、中国林科院及中国农科院等不同领域的生态站已实现网络化观测。

  近地层通量观测系统是空气动力学梯度法、涡度相关法和能量平衡法的高度结合,相互印证,确保了长期观测数据的有效性,是边界层研究的重要手段。通常由两个部分组成,一个是涡动协方差系统,另一个是背景梯度系统。这两个部分彼此结合,却又相互独立,它们采用两个数采单独来运行,保证了系统的稳定性和数据的有效性。

  涡度相关---通量观测的标准方法

  涡动协方差系统,亦称涡度相关系统,是一种微气象学的测量方法,采用涡度相关原理,利用快速响应的传感器来测量大气下垫面的物质交换和能量交换,它是一种直接测定通量的标准方法,已成为近年来测定生态系统碳、水交换通量的关键技术,得到了越来越广泛的应用,并逐渐成为国际通量观测网络的主要技术。

  涡动协方差系统可以测量显热通量、潜热通量、动量通量、摩擦风速,以及其它物质通量(如CO2等),主要应用在边界层理论研究、大气扩散、能量收支研究、水分及其它物质收支研究等众多领域。

  涡度相关的工作原理:

   涡度相关实际运行中,超声风速仪高频响应三维风速(Ux、Uy、Uz)和虚温(Ts),CO2/H2O分析仪高频响应CO2和H2O,数据采集器实时采集这些变量数据,并对其做同步处理,之后在线计算得到感热通量、潜热(水汽)通量、CO2通量、动量通量及摩擦风速,以及这些数据所需的协方差/均值等,并将计算结果保存在数据采集单元,以此同时各种高频变量的原始数据也会保存在数据采集单元中,用户可以对这些原始数据进行后期处理(分析和插补),从而获得理想通量数据。

  注:从湍流原始数据到通量产品生成的整个过程,质量控制/质量保证必不可少,如对原始数据的异常值剔除,水汽/CO2数值采集相对于垂直风速的时间滞后订正以及观测结果的代表性(Footprint)的检验等。

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