北京澳作生态仪器有限公司
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AZ-M0310梯度小气候观测系统
引言
小气候与大范围气候相比较具有如下特点：范围小，100米以内的范围，常规的气象观测站不能反映小气候的差异；差别大，尤其在垂直方向气象要素的差异都很大；日变化剧烈，越接近下垫面，温度、湿度、风速的日变化越大；小气候规律较稳定，只要形成小气候的物理性质不变，它的小气候差异也就不变。
小气候是影响生态系统结构和功能的重要环境因素。梯度小气候自动观测系统自动测量并存储地表与大气相互作用时近地面层的小气候梯度，观测地表上方多层空气温湿度梯度、多层风速风向、植物冠层内外的太阳总辐射或光合有效辐射梯度；以及多层土壤温湿度梯度等。根据梯度观测数据可直接了解地表与大气相互作用后小气候要素形成的时间变化和空间分布规律，为利用、调节和改善各种类型的小气候特征提供依据。
目前梯度小气候观测系统的技术瓶颈是传感器的分辨率和重复性能否真实反梯度气象因子的变化。
2 观测系统设计
2.1 目标
AZ-M0310梯度小气候观测系统，数据采集和存储方式符合WMO世界气象组织和《地面气象监测规范》要求，易于生态系统和气候变化对比研究。
对降雨可通过雨滴谱分析雨滴的形态，分布，降雨强度，总量，能见度等性质参数。使降雨分析得到了质的飞跃。
数据采集器功能强大，通道多，可接多种传感器。内存可存储多达一年的数据，且数据可保存20年。支持RS232，FTP，TELNET，USB等多种通讯协议。系统有效的解决了高精度测量的问题，同时保证了系统的稳定性和可靠性。很适合长期监测使用。
2.2观测点布设
2.2.1观测塔的布设
塔可以建造水泥底座，但底座面积必须足够小，不会改变局部下垫面性质，进而影响到观测结果。建造过程中注意保护塔周围下垫面植被的状态。
森林中观测塔的位置位于观测场地或稍偏下风侧。塔高应高出林冠层1/2树高。
观测塔通常为拉线式矩形塔，塔体及其横杆的颜色应涂为银白色或浅灰色，以免因吸收太阳辐射而升温，影响辐射观测。
观测塔的设计要方便工作人员安装检修仪器，并在塔顶，林冠层上2～3m处、林冠层、林冠层下2m和灌木层各设计一个观测平台。
观测场应安装避雷系统。
2.2.2 小气候观测系统的布设和安装
按照下图安装传感器。传感器的横杆与观测塔的距离应在l.5 m以上。
辐射横杆应该向南方伸出。北回归线以南的站点，在夏至的时段可以调整辐射观测杆的伸出方向，以避开塔身的影响。辐射传感器要调整水平。
土壤温度、地表温度和土壤热通量传感器应安装在尽可能远离观测踏的南边。
风速、温度、湿度传感器的安装高度应以传感器探头的高度为准。
数据采集器放置在防水仪器箱内，仪器箱可安装在塔身上、便于操作的位置。数据采集器的机壳应连接到接地装置上，接地电阻应小于5 Ω。连接传感器电缆线的转接盒要有接地装置，接地电阻应小于5 Ω，设备接地端要与避雷接地网连在一起。
为了防雷、防鼠、防水和安装、维护方便，小气候观测系统的电缆应穿入电缆管内，电缆管应妥善绑缚在观测塔上。并在不同的高度将电缆管折出圆弧，做成滴水弯。
2.2.3 小气候观测系统传感器的平行校验
每次观测之前，温、湿、风速传感器架设在“Π"形横杆上进行平行校验观测，平行检验时间应至少持续一个日变化周期。将观测结果进行平均后，经比较选择观测结果接近的传感器用于小气候梯度观测，并且选择一个为基准，进行归一化处理。
“Π"形横杆必须足够长，以保证传感器之间没有相互影响。温、湿度传感器相间距离0.3m。风传感器相间距离0.5m，“Π"形横杆应与主风向垂直。
进行平行检验的观测场的下垫面状况应尽可能保证水平均一。
如果小气候观测持续时间长，应该在观测结束前再次进行平行校验观测。
平行检验结果应该与其它观测记录一起存档。
2.3数据采集
2.3.1时制、日界和对时
辐射观测和日照时间观测采用地方平均太阳时（以下简称地方平时），以24时为日界，其余观测指标采用北京时，以20时为日界。数据采集器的内部时钟为观测时钟，采用北京时，要定期/不定期进行时钟校准。
2.3.2 采样
小气候观测系统的数据采样在数据采集器中完成，采样顺序为气温、湿度、降水、风向、风速、气压、地温、辐射、蒸发。
土壤水分、土壤热通量采样时间是10分钟一次，测量20s加热，作为瞬时值。
气温、湿度、气压的采样速率为每分钟6次，去掉一个值和最小值，余下的4次采样值求算平均；1 min平均值为瞬时值。
降水、蒸发量的采样速率为每分钟1次。
2.4 观测系统组成
观测系统由数据采集器、气象传感器、降雨强度和降雨类型传感器、气象数据报告软件、供电装置，支架等部件组成。
3 数据处理
3.1 数据记录与结果显示
数据采集报告软件功能：系统有设置软件和数据报告软件。
系统设置软件用于设置系统的各通道及计算公式，数值平均方法，数据文件命名方式，WEB 页设置，Ethernet 口设置。
数据报告软件提供滑动平均值，矢量平均和分级平均。
可在计算机上采用图标、曲线显示原始数据、分钟平均值，也可通过Internet、局域网络，通过服务器-客户机的形式查 看、浏览数据。
WEB 页：DL16 提供浏览器功能，查看各种 WEB页内容。
index.htm 查看原始数据；
10m_mv.htm 查看 10 分钟平均值；
extrem.htm 查看 30 分钟内的极值；
datetime.htm 查看日期和时间；
system.htm 查看系统配置
梯度小气候数据输出如下：
梯度小气候观测系统数据报表
| 数据周期 | 每日逐时数据 | 逐日数据 | 逐月数据 |
| 数据表内容 | 太阳总辐射及其累计值 | 太阳总辐射及其累计值 | 太阳总辐射及其累计值 |
| 空气温湿度 | 空气温湿度 | 空气温湿度 | |
| 土温 | 土温 | 土温 | |
| 气压 | 气压 | 气压 | |
| 海平面气压 | 海平面气压 | 海平面气压 | |
| 降水 | 降水 | 降水 | |
| 2分钟平均风速 | 2分钟平均风速 | 1小时极大风速 | |
| 10分钟平均风速 | 10分钟平均风速 | ||
| 2分钟平均风向 | 2分钟平均风向 | ||
| 10分钟平均风向 | 10分钟平均风向 | ||
| 10分钟极大风速 | |||
| 1小时极大风速 |
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