4.近地层通量观测系统概述
深圳气象塔
深圳气象塔
阚忠彦
【期刊名称】《城市建筑》
【年(卷),期】2009(000)004
【摘要】深圳气象塔坐落于深圳市福田区竹子林园博园东侧的黄牛垅公园内，紧
临广深高速公路和深南大道的交汇点。
该项目用地海拔标高60m，建筑物高90m，总建筑面积6000m2，是集现代气象探测、预报服务、科研为一体的高科技业务
中心。
【总页数】2页(P46-47)
【作者】阚忠彦
【作者单位】城脉建筑(深圳)设计有限公司,深圳·518031
【正文语种】中文
【相关文献】
1.深圳市气象观测梯度塔雷电流测量配置及初步结果 [J], 杨悦新;邱宗旭;郭宏博;
秦子龙;陈明理
2.创造新高度\r深圳气象梯度塔工程 [J],
3.深圳气象梯度观测塔近地层通量数据初步分析 [J], 张春生;卢超;钟晓勇;高瑞泉;
刘爱明;古锐昌
4.深圳气象梯度观测塔建设及初步效益 [J], 古锐昌
5.深圳356米气象塔观测数据的质量控制方法和空气动力学参数研究 [J], 谢洁岚;卢超;高瑞泉;王宝民;孙天乐;何龙;范绍佳
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南极地区地表能量平衡及近地层湍流通量参数化方案
评估结果展示及分析
评估结果
通过对比不同参数化方案下的模拟结果与观测数据，发现某 参数化方案在南极地区近地层湍流通量模拟方面具有较好的 效果，能够较为准确地反映实际观测数据的变化趋势和特征 。
分析
通过对评估结果的分析，可以发现该参数化方案在南极地区 近地层湍流通量模拟方面具有较高的精度和可靠性，能够为 南极地区地表能量平衡和气候变化研究提供有效的工具和方 法。
南极地区地表能量平衡及近 地层湍流通量参数化方案
汇报人： 2023-12-19
目录
• 南极地区地表能量平衡概述 • 南极地区近地层湍流通量参数
化方案设计 • 南极地区地表能量平衡影响因
素分析
目录
• 南极地区近地层湍流通量参数 化方案效果评估
• 南极地区地表能量平衡及近地 层湍流通量参数化方案实施建 议
太阳辐射的变化也会对南极地区的生 态系统产生影响，如影响植物的生长 和分布，影响动物的迁徙和繁殖等。
在南极地区，由于冰雪覆盖，太阳辐 射的吸收和反射作用非常强烈，导致 地表温度较低，蒸发较弱，降水较少 。
冰雪覆盖对地表能量平衡的影响
冰雪覆盖是南极地区地表能量平衡的重要影响因素之一。南极地区的冰 雪覆盖面积大，反射率高，能够反射大量的太阳辐射，从而影响地表温 度和气候变化。
05
南极地区地表能量平衡及近地 层湍流通量参数化方案实施建 议
加强科研团队建设，提高研究水平
组建专业科研团队
组建具备南极地区研究经验的科研团队，包括气候、地理、环境 等多学科背景的专家。
提升研究能力
加大对南极地区研究的投入，提高研究水平和能力，为参数化方案 的制定提供科学依据。
加强国际合作与交流
材和研究机会。
利用卫星遥感资料反演感热和潜热通量的研究综述
地球科学进展 ADVANCES IN EARTH SCIENCE
Vol. 20 No. 1 Jan. ,2005
文章编号 :100128166 (2005) 0120042207
利用卫星遥感资料反演感热和潜热通量的研究综述 Ξ
王开存1 ,2 ,周秀骥3 ,李维亮3 ,刘晶淼3 ,王普才1
G Rn
= a ·Vi
+b
(3)
其中 Vi 为植被指数 ,a 和 b 为常数 。
根据 Monin2Obuhkov 相似理论计算阻抗[9～11] :
rah =
ln
(
z - d) z0 h
-
φsh
ln
(
z - d) z0 m
-
φsm
k2 U ( z)
(4)
其中 U ( z) 为高度 z 处的风速 ,φsh ,φsm 分别是热量
在双源模式中 ,气温是必需的参数 。而气温只
能通过气象站测量得到 ,区域尺度上的气温必需对
站点资料进行空间和时间上插值 ,然而空气温度往
往与局地地表特征 (如植被类型和土壤湿度) 关系密
切 ,地表特性会在很小的尺度上变化 ,因此气温具有
很大的时空变率 ,插值精度较差 。同时地表温度会
因为仪器校准误差 、缺乏地表比辐射率精确观测 、大
1. 1. 2 双源模式
从上面的分析可以看出 ,要解决单源模式因空
气动力学温度与热力学辐射温度的差异产生的问题
需要把植被和土壤分开考虑 ,认为土壤和植被分别 与大气进行感热和潜热交换 , 即使用双源模 式[20 ,21 ] 。双源模式利用土壤和植被的盖度对地表
温度进行分解 (公式 8) ,利用 Beer 定律对地表净辐
安徽省寿县农田能量平衡评价
安徽 省 寿县 农 田能 量 平衡 评 价
田 红”
”（ 徽 省 气 候 中心 ， 肥 ２０ ３ ） 安 合 ３０ １
伍 琼。 童 应祥 。 ’
（ 徽 省 寿 县 国家 气 候 观 象 台 ， 县 ２ ２ ０ ） 安 寿 ３２ ０
（ 徽省六安市气象局 ， 安 ２７１） 安 六 ３ ０ １
受 ］ 国内外 关 于 能 量 平 衡 问题 也 有 大 量 研 究 ， 。 ｓｈ ｄ ｃ ｍｉＬ 为 细致地 讨 论 了净 辐 射 表 、 维 风速 仪 较 三
２ ０ ２３ ０ ９１－０收 到 ， ０ １０ ９收 到 再 改 稿 。 ２ １ １２
测数据 对数 值 模 式 陆一 交 换 参 数 化 的 发 展 和 改 进 气
和 Ｃ ）／ Ｏ红外 分析 仪 ｊ者 之 问测 量 面 积 的差 异 （ Ｈ。 。
引 言
在农 田生 态 系统 中 ， 外 界 获 得 的能 量 主 要 是 从 净 辐射能 ， 以支 出消 耗 于 农 田蒸 散 、 气 热交 换 、 用 空 加热 土壤 以及 极少 部分储 存 为光合 能 。净 辐射 能 在 系统 内部 各项 的分 配 比例 及规 律一 直 是现 代农 田生 态 学 、 业 气 象 学 和 水 文 学 等 学 科 研 究 的 热 点 问 农 题ｕ 。经 过 近 ５ ］ ０年 的 发展 ， 涡度 相 关 方 法 （ 涡 动 或
通量塔通量数据处理-概述说明以及解释
通量塔通量数据处理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述通量塔是一种常见的大气观测设备，用于测量不同气体在大气中的通量（即单位时间内通过单位面积的气体量）。
通量数据的采集和处理对于研究大气环境和气候变化具有重要意义。
本文将从通量塔的基本原理、通量数据采集方法和通量数据处理技术等方面进行探讨，旨在深入了解通量塔的工作原理和数据处理方法，为相关领域的研究和应用提供参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要包含三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分中，将首先对通量塔进行概述，介绍其基本原理和应用背景，然后明确文章的结构和目的，为读者提供清晰的阅读导向。
在正文部分中，将详细介绍通量塔的基本原理，包括其工作原理、结构和功能特点；其次将阐述通量数据采集方法，包括传感器的选择和布置、数据采集系统的设计等内容；最后将探讨通量数据处理技术，包括数据处理算法、数据质量控制和数据可视化技术等方面。
在结论部分中，将对全文进行总结，简要回顾通量塔的基本原理和数据处理技术，并展望未来的发展方向；最后给出一些结束语，总结全文的核心观点和意义。
1.3 目的：本文的主要目的是探讨通量塔通量数据处理的方法和技术。
通过对通量塔的基本原理、数据采集方法和数据处理技术进行分析和总结，可以帮助读者了解通量塔的工作原理和数据处理过程。
同时，本文还旨在为相关领域的研究者和工程师提供参考，帮助他们更好地应用通量塔技术，提高数据处理的效率和精度。
通过本文的阐述，希望能够促进通量塔数据处理技术的进一步发展和应用。
2.正文2.1 通量塔的基本原理:通量塔是一种用于测量大气中气体通量的装置，通常用于研究气体交换过程和碳循环。
其基本原理是利用气体浓度的垂直梯度来计算气体的通量。
在大气中，气体通过受控的通量塔进入和离开系统，通过测量进出口的气体浓度差异以及通量塔内部的气体流速，可以计算出气体的通量。
通量塔通常由一个高度较高的气体采集塔和一个气体分析系统组成。
中国气象局关于全国政协十三届四次会议第1982号（资源环境类218号）提案答复的函
中国气象局关于全国政协十三届四次会议第1982号（资源环境类218号）提案答复的函文章属性•【制定机关】中国气象局•【公布日期】2021.07.02•【文号】中气提字〔2021〕11号•【施行日期】2021.07.02•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】综合观测正文中国气象局关于全国政协十三届四次会议第1982号（资源环境类218号）提案答复的函中气提字〔2021〕11号高洁等委员：你们提出的《关于加强秦岭生态气象系统建设的提案》（第1982号）收悉。
经商陕西省人民政府，现答复如下：秦岭生态气象服务保障工作进展近年来，在当地政府和有关部门的大力支持下，气象部门持续推进秦岭生态气象服务能力建设，取得了初步成效。
（一）初步建成秦岭生态气象综合监测网络，秦岭生态气象监测水平得到提升目前，秦岭地区拥有农业气象观测站4个、农田小气候监测站23个、自动土壤水分观测站30个、酸雨观测站6个、闪电定位和大气电场监测站各8个、负氧离子观测站32个、辐射观测站1个、温室气体观测系统1套、气溶胶观测系统1套、空气质量监测系统1套。
其中，30个自动站资料序列最长已积累8年。
在秦岭陕西区域，共布设8个高山站、31个自动气象站（六要素）、1个微波辐射站、3个太阳辐射站、3个负氧离子站和3个臭氧观测站，在太白山拔仙台建成青藏高原以东内陆海拔最高气象观测站（3730米），初步形成了“一横三纵”秦岭山脉断面综合气象观测网；实施了秦岭生态监测服务系统商洛示范项目，搭建秦岭生态监测服务可视化业务平台，完成风云三号、风云四号卫星直收站建设，建成了气象卫星数据备份中心。
（二）初步建立秦岭生态气象评估技术体系，秦岭生态气象服务能力得到增强建成了生态环境气象监测评估、风能太阳能资源评估、生态安全气象影响评价等业务系统，初步构建了省市县三级生态气象业务体系。
成立秦岭和黄土高原生态环境气象重点实验室，建设秦岭大气科学野外实验基地，开发秦巴水源涵养能力监测评估系统，持续开展秦岭水源涵养功能、植被覆盖度及固碳能力研究。
微气象学基础_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
微气象学基础_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.城市上空逆温的存在能加快城市的污染物扩散程度。
参考答案:错误2.对叶片直立型的作物，其冠层最低温度出现的高度会随植被高度和密度的增加相应抬升。
参考答案:正确3.典型晴天条件下，通常近地层低层的风速在白天风速（）于夜间。
参考答案:大##%_YZPRLFH_%##高4.典型晴天里，裸地下垫面上空气温度随距地高度的升高而迅速递减的温度铅直分布型称为（）。
参考答案:日射型5.确定土表热通量的方法可以归纳总结有（）等参考答案:经验统计方法_谐波法_组合法_拉依哈特曼-采金台站规范法6.在垂直方向上，城市近地层可以划分为惯性子层和粗糙子层，处于粗糙子层内。
参考答案:城市冠层7.土壤热通量传递快慢主要取决于。
参考答案:导热率8.下面对土壤温度变化的影响说法正确的有（）参考答案:农田翻耕和锄草松土后，能提高土壤温度。
_潮湿的土壤温度升降和缓。
_粗质的土壤，其温度年日振幅小，温度波影响深度深。
9.下面关于土壤温度变化规律哪一个是错误的（）。
参考答案:土壤的恒温层深度与导温率的平方根成反比10.通常用植株的（）来代表植物的体温。
参考答案:叶片温度##%_YZPRLFH_%##叶温11.土壤温度随深度的变化呈线性分布变化的规律。
参考答案:错误12.近地层中比湿随高度升高而递减的这种分布类型称为（）分布。
参考答案:湿型13.大气层结愈不稳定，垂直和水平风向脉动角均会愈大。
参考答案:正确14.近地层高层（大于50米）与低层的风速日变化反相。
参考答案:正确15.在中性层结条件下或者高度较低（如3米以下）时，层结作用很弱，风廓线用对数模式可很好地描述。
参考答案:正确16.近地层中，空气绝对湿度的日变化通常与气温日变化相反。
参考答案:错误17.绝对湿度的日变化主要决定于地面的湿润状况和湍流交换条件，日变化类型有单峰型、双峰型及多峰型。
参考答案:正确18.大气层结愈不稳定，湍流交换愈强烈，温度脉动也就愈大。
黄淮海平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡研究—以封丘地区为例
年 ６月涡度相 关和 自动气 象站观测资料 ， 利 用涡度相关法和相关性分 析法对黄 淮海 平原典型冬 小麦各 生育期 的能量平衡 特征
进 行 了分析 ， 揭 示冬 小麦农田环境气象要素与各分 支通量之 间的相 关关 系。结果表 明： 黄淮海平原典型冬 小麦各 生育期 能量分 配的特 征不 同， 出苗期 潜热仅 占净辐射 的 ４ ０ ％， 拔 节期和抽 穗期潜热 占净辐射 的比重均高达 ８ ０ ％ 以上 ， 其他 生育期潜热 占净辐
各通量之 间呈正相 关关系， 相对湿度与各通量之 间呈 负相 关关 系； 冬 小麦 生育期 土壤 温度与 土壤 热通 量之 间的相 关 系数 为 ０ ． ５ 左右 ， 土壤 温度与净辐期 、 返 青期与各 通量的相 关 系数 均为 一０ ． ５ ，
Ｈｕ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ｉ ｈ ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ： Ａ ｃ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｉ ｎ Ｆ ｅ ｎ ｇ ｑ ｉ ｕ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ｌ ａ ｏ ｆ Ｍｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ， ２ ０ １ ７ ， ３ ３ （ １ ） ： ９ ３—１ ０ ０ ．
王勤学等 对不同类型农作物的水热和碳通量进行 了研究 ； 郭家选等 对北方地区典型冬小麦农 田生 近地面层湍流通量和有效 能量 的观测 与研究在 态系统的水、 热和碳通量进行了研究 ； 李钰春等 和 大气边界层气象学中 占有重要的地位 ｊ 。近地层通 乐章燕等¨ 对华北平原冬小麦生长与水分条件 的关 量 观测 中的陆～ 气 间通 量 观测 主要 包 括农 田生 态 系 系进 行 了研究 。关 于 华 北 平原 农 田生 态 系统 通 量 变 Ｊ ， 本 文 以位 于 黄淮 海 平 原 的 中 统 通量 观测 、 草 地 与 湿 地 生 态 系统 通 量 观 测 和 森 林 化 的研究 也 较多 墙
土壤碳通量测量_LML
土壤碳通量测量_LML一、土壤碳通量测量的原理首先，土壤中的微生物代谢产生的CO2会通过扩散和对流运输到土壤表面，并与大气中的CO2发生交换。
交换速率主要受到土壤温度、土壤水分、土壤通气性和有机质含量等因素的影响。
其次，通过测量土壤和大气中的CO2浓度来计算其浓度梯度，然后结合气体扩散速率即可估算土壤碳通量。
二、土壤碳通量测量的方法1.静态箱法：静态箱法是最常用的土壤碳通量测量方法之一、它通过使用固定的透明箱将土壤表面和大气隔离开来，然后测量箱内CO2浓度的变化来计算土壤碳通量。
这种方法适用于小面积的土壤碳通量测量。
2.自动气体通量测量系统：自动气体通量测量系统是一种全自动、连续测量土壤碳通量的方法。
该系统包括一个CO2探测器和采样装置，能够实时监测土壤和大气中的CO2浓度，并计算碳通量。
这种方法适用于大面积的土壤碳通量测量。
3.相关源追踪法：相关源追踪法通过测量土壤与大气中其他气体的浓度来间接推断土壤碳通量。
例如，通过测量土壤中的氧浓度和氮氧化物浓度，可以推断土壤中CO2的产生和消耗速率，从而计算土壤碳通量。
三、土壤碳通量测量的应用1.土壤碳循环研究：土壤碳通量测量可以帮助科学家了解土壤中碳的流动和转化过程，揭示土壤中CO2的产生和消耗机制，进而研究土壤的碳循环过程。
2.气候变化研究：土壤碳通量是全球碳循环的重要组成部分，对气候变化有着重要影响。
通过测量土壤碳通量，可以评估土壤对大气中CO2的吸收和释放能力，为预测气候变化和制定应对措施提供重要依据。
3.碳排放和碳汇评估：土壤碳通量测量可以帮助评估不同土壤系统的碳排放和碳汇能力，为制定碳排放减少和碳汇增加的政策提供科学依据。
总结土壤碳通量测量是一项关键的科学研究，可以帮助我们理解土壤碳循环过程、评估土壤碳库的变化以及预测碳排放和碳汇的能力。
通过静态箱法、自动气体通量测量系统和相关源追踪法等方法，可以准确测量土壤碳通量。
土壤碳通量测量的应用包括土壤碳循环研究、气候变化研究以及碳排放和碳汇评估等领域。
陆地生态系统通量观测的原理与方法
陆地生态系统通量观测是指对陆地生态系统进行实时或近实时的监测，以获取其能量、物质和信息的流动情况。
这些流动情况可以帮助我们了解陆地生态系统的运作机制，为环境管理、生态系统模拟和模型建立提供数据支持。
通量观测的原理基于物理和化学定律，比如气体定律、热力学第一定律和热力学第二定律。
通量观测的方法通常包括测量气体浓度、温度、湿度、风速和风向等参数，以及利用生物标志物（如树干呼吸、土壤呼吸、植物光合作用等）来估算生态系统的能量和物质流动。
还可以使用传感器、监测站和遥感技术进行通量观测。
举个例子，对于森林生态系统的通量观测，可以使用气体分析仪测量森林中二氧化碳的浓度，从而估算森林的碳汇能力。
还可以利用森林的树干呼吸（即树干对大气中二氧化碳进行吸收和释放的过程）来估算森林的碳汇能力。
还可以使用遥感技术对森林的生长情况进行监测，如利用卫星遥感数据来估算森林的蓄积量、森林覆盖度和叶面积指数（LAI）等。
还可以使用生物标志物，如土壤呼吸、植物光合作用和蒸腾速率来估算森林的能量和物质流动情况。
对于草地生态系统的通量观测，可以使用气体分析仪测量草地中的氧气和二氧化碳浓度，从而估算草地的碳汇能力。
还可以使用生物标志物，如土壤呼吸、植物光合作用和蒸腾速率来估算草地的能量和物质流动情况。
通量观测也可以应用于其他陆地生态系统，如农田、城市和沙漠等。
不同的生态系统可能需要使用不同的观测方法和技术，但基本原理是相通的。
淮河中游雨季前后大气边界层综合观测分析
摘要
利 用 安徽 省 寿县 站 边 界 层 综 合 观 测 试 验 资 料 ， 近 地 面 层 风 、 温 、 度 等 微 气 象 要 素 及 感 热 通 量 、 热 通 对 气 湿 潜
第４ Ｏ卷 第 ２ 期
２１ ０ ２年 ４月
气
象
科
技
Ｖ ｏ．４ Ｎ Ｏ １ ０． ．２ Ａｐ． ２ ２ ｒ Ｏ１
Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＡＬ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
淮河 中游雨季前后大气边 界层综合观测分析
张 晓红 胡 雯 刘远 永 叶金 印 刘 静
减小 ， 风速 值 波动较 大 。雨季 后期 ， 速再 次 出现 突 风
增， ９日 ３ ． 的 风速 极 大 值 达 到 １ ． １ｍ／ ， ０ ２ ２ｍ １ ８ ｓ １
日 ３ ． 的风 速 极 大 值 达 到 ｌ ． ４ｍ／ 。分 析 发 ２ ２ｍ １ ３ ｓ
现 ， 季 即将 开始 和将要 结束 时 ， 雨 近地 面层 风速均 有 突增 的现 象 （ １ 。 图 ） ２ １ ２ 不 同 天气条 件 下近地 层风 廓线 ．． 分别 以 ２ Ｏ ０ ５年 ６月 ２ ９日（ 雨 ） ７月 ７ 日 无 和 （ 有雨 ） 例分 析不 同天 气条件 下 近地 面层 风廓线 变 为 化 ， 天 中不 同时次 风 随 高 度 变 化在 有 雨 日和 无 雨 一
化 范 围大致 在 ５ ～８ 之 间（ ４ 。一天 中相 对 Ｏ ０ 图 ）
湿 度 极 大 值 出 现 在 Ｏ ： ０ ６ ［］最 小 值 出 现 在 ４ Ｏ —０ ：）， （
近地层通量观测系统采集数据文件格解析
近地边界层通量观测系统采集数据文件格式（2006.10.25）近地边界层通量观测主要包括近地边界层大气温度、风、湿度、辐射、气压、降水量、蒸发量、土壤温度、土壤湿度、土壤热通量、地下水位、物质通量（水汽、碳通量）观测及热量、动量通量等要素观测，以此来获取不同代表性下垫面区域上大气边界层的动力、热力结构，多圈层相互作用过程中各种能量收支、物质交换等的综合信息。
近地边界层通量观测系统采集数据文件包括由数据采集器处理后，通过终端计算机处理软件直接存储到计算机硬盘中的数据文件。
数据文件分为湍流观测、梯度观测和风能观测三大类，其中湍流观测数据文件包括两类：一类是用来计算通量的高频原始数据（一般10Hz），用于后期做各种数据运算和处理；另一类是数据采集器在线计算得到的通量，以及计算通量运算中所需要的各种统计量，还包括能量平衡中常规传感器的测量结果。
梯度观测数据除满足《地面气象观测规范》的要求外，同时需满足用于近地面边界层能量收支平衡的分析处理。
风能观测数据是利用通量观测系统而获取除梯度观测资料以外的风资料，它也可以作为梯度观测资料的补充。
1组成近地边界层通量观测系统采集数据文件由以下文件组成：2湍流观测数据文件2.1高频采样数据文件高频采样数据文件是指通过三维超声风温仪、红外H20/CO2分析仪采集得到的高频采样（10Hz）的数据文件。
文件名为PBL_ FLUX_O_ IIiii_YYYYMMDDHH.TXT，其中PBL 表示近地边界层观测，FLUX表示通量类，O表示原始观测数据，IIiii为区站号；YYYY 为年份，MM为月份，DD为日期，HH为时（01～24时），月、日、时不足两位时，前面补“0”，TXT为固定编码，表示此文件为ASCII格式。
⑴该文件每站每时次一个，采用定长的随机文件记录方式写入，每一条记录77个字节，记录尾用回车换行结束，ASCII字符写入，每个要素值高位不足补空格。
⑵该文件的数据从采集器的存储卡（CF卡等）导入，每30分钟导入一次。
碳通量及碳同位素通量连续观测方法与技术
碳通量及碳同位素通量连续观测方法与技术引言：碳是地球生物圈中最重要的元素之一，参与了地球生态系统的物质循环过程。
而碳通量和碳同位素通量则是研究碳循环的重要指标，可以反映出生态系统的碳代谢过程。
本文将介绍碳通量及碳同位素通量的连续观测方法与技术，以及其在生态学研究中的应用。
一、碳通量连续观测方法与技术1. 通量测量系统通量测量系统是连续观测碳通量的关键设备，主要包括通量测量仪器、气象观测设备和数据采集系统。
通量测量仪器常用的有涡度相关仪、静态通量仪等，气象观测设备则包括气象站、降水采集器等。
数据采集系统能够实时采集仪器和气象观测设备的数据，并进行处理和存储。
2. 通量计算方法通量计算方法是根据测量的数据计算出碳通量的数值，常用的方法包括涡度相关方法、直接通量法和间接通量法。
涡度相关方法是基于Kormann和Meixner于2001年提出的公式，通过测量气体浓度和风速来计算通量。
直接通量法是通过测量碳在某个面积上的变化来计算通量，适用于小面积的场景。
间接通量法是通过测量碳的输入和输出通量来计算总通量，适用于大面积的场景。
3. 通量观测技术通量观测技术是指在实际观测中应用的技术手段，包括通量探头的设置、数据采集频率的选择、观测时间的确定等。
通量探头的设置需要考虑到气象条件、生态系统特点和测量目的等因素，以确保观测数据的准确性和可靠性。
数据采集频率的选择应根据具体情况，一般来说，高频率的数据能够更准确地反映碳通量的变化。
观测时间的确定应考虑生态系统的季节特点和通量变化的时间尺度，以获得全面和代表性的通量数据。
二、碳同位素通量连续观测方法与技术1. 同位素测量方法同位素测量方法是连续观测碳同位素通量的关键技术，常用的方法包括质谱仪法、激光光谱法和同位素比值法。
质谱仪法是通过质谱仪对样品进行分析，可以获得各种同位素的丰度和比值。
激光光谱法是通过激光光谱仪对样品进行分析，可以实现快速、准确地测量同位素丰度。
同位素比值法是通过测量样品中同位素的比值来计算同位素通量。
4.2闪烁法通量观测
Parameter Sensitivity
2 2 Cn CT H u*
Scintillometers
Kipp & Zonen LAS Scintec BLS450, 900 Kipp & Zonen XLAS Scintec BLS2000 Scintec SLS20, 40 CEH/RAL94 (与LAS组合成 双波长闪烁仪)
LAS
XLAS
DBLS
2 2 l0 , Cn , CT u* , H
2 2 2 Cn (CT , CQ ) H , LE u*
毫米波
MWS
(天线直径)
15
15
空气的折射指数
n ' aT T ' aq q '
aT
n n , aq T q
aT
aq
For a heterogeneous surface, you can not expect a good energy balance closure.
4000
310
3000
Comparison of sensible heat fluxes from LAS & EC (Arou, JulAug, 2008. Height: EC, 3.15m; LAS, 9.5m)
Ludwig Prandtl (及其学生 von Karman)
Lewis Richardson
G. I. Taylor 湍流统计理论的奠基人
1921 相关函数；湍流的载体是不同大小的随机涡(Eddy)；动量 /标量输送是由涡粘度引起的湍涡扩散 1935-36 均匀各项同性湍流理论与湍流谱；‘混合长’问题
Monin-Obukhov理论在蒸发波导PJ模式中的应用
Monin-Obukhov理论在蒸发波导PJ模式中的应用李梁;张海勇;阚荣才【摘要】蒸发波导是海面常出现的大气波导类型,受海气交界面处微气象条件影响与控制.蒸发波导的存在,使海上通信过程中常出现信号的超视距传输,同时系统间的相互干扰问题也变得复杂.研究蒸发波导形成条件,确定波导高度具有实际意义和军事价值.在莫宁-奥布霍夫(Monin-Obukhov)相似理论的基础上,根据大气边界层理论利用PJ(paulus Jeske)模式较好地探测了蒸发波导高度,并对3种典型条件下的波导高度变化情况进行了分析.该结果对研究海上通信装备工作的影响因素,进而提高海上通信保障能力具有重要意义.【期刊名称】《现代防御技术》【年(卷),期】2014(042)002【总页数】6页(P89-94)【关键词】蒸发波导;Monin-Obukhov相似理论;PJ模式;通信装备【作者】李梁;张海勇;阚荣才【作者单位】海军大连舰艇学院通信系,辽宁大连 116018;海军大连舰艇学院通信系,辽宁大连 116018;海军大连舰艇学院通信系,辽宁大连 116018【正文语种】中文【中图分类】P732;TN9280 引言无线电通信技术的应用，改变了传统的通信方式，海上通信保障能力得到了质的提高。
近年来，有关无线电传播理论和应用的研究得到了空前发展。
在无线电通信和探测过程中偶然出现的超视距传播、探测空洞等问题促进了对对流层大气波导的发现和研究。
大气波导的出现，可以使其中的电磁波以较少的损耗沿波导传播，可以对通信系统和探测系统的运作产生严重影响，它既可以实现远距离传输同时也会导致杂波增强干扰加大。
所以深入研究大气波导传播机理及探测方法具有重大理论意义和实际军事价值。
无线电通信是海上通信的主要手段，受海上蒸发波导影响较大，电波的反常传播大多数是由蒸发波导现象引起的[1]。
目前，针对蒸发波导环境的预测模式主要有2种，即PJ(paulus Jeske)模式和MGB(Musson-Genon-Gauthier-bruth)模式[2]。
内蒙古半干旱区近地层总体输送系数特征
河 试 验 区沙漠 和戈 壁 的湍 流 动 量 总 体 输 送 系数 ； 卞 林 根等 Ｅ 朝 利 用青 藏 高 原试 验 （ ＴＩ Ｐ Ｅ Ｘ） 昌都 （ 稀 疏 草
地） 的湍 流 观 测 资 料 研 究 了 中 性 层 结 条 件 下 Ｃ ａ和 Ｃ 的 特 征 ； 马 淑 芬 研 究 了那 曲 （ 短草地） 和 拉 萨
观 象 台开展 了涡动 相关 法测 量 近 地 层 通 量业 务 ， 本 文基 于锡林 浩特 国家气候 观象 台 ２ ０ ０ ９年 １月 至 ２ ０ １ ０年 １ ２月 的 通 量 观 测 系 统 的 观 测 资 料 ， 分 析 研
数， 也 是在 大 气环 流 和 气 候 学研 究 中计 算 地 表 热 源月
气 象
科 技
Ｖ ｏ１ ． ４１， ＮＯ． ３
Ｍ ＥＴＥＯＲＯＩ ＯＧＩ ＣＡＬ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
内蒙古半干旱 区近地层总体输 送系数特征
周 玺康 。 郭建 侠 王英 舜 武魁
大而减小 ， 当风 速 大 于 ６ ｍ／ ｓ时 随风 速 增 大 而 增 大 并 趋 于常 值 。逆 温 条 件 下 ， 和Ｃ 随 温差 的减 小 而增 大 ， 反之 ， Ｃ 随 温 差 增 大 而 增 大 ， Ｃ 与 温 差 呈 明显 反 比例 变化 特 征 。 关 键 词 涡 动 相关 法 总 体 输 送 系 数 半 干旱 区
垫面 构成 、 观测 方法 、 计算 方法 的依 赖 。 就观 测 而 言 ， 对 湍流 通 量 观测 的准 确性 是 准 确 计 算 湍流 交换 系数 的关 键 。涡动 相关法 是 目前 国际 上 公 认 的最为 准确 的测 量湍 流通 量 的方 法 。为准 确
腾格里沙漠东南部近地层沙尘水平通量和降尘量随高度的变化特征
腾格里沙漠东南部近地层沙尘水平通量和降尘量随高度的变化特征张正偲;董治宝;赵爱国【摘要】沙漠是近地层沙尘物质的重要来源之一,沙漠地区近地层水平输送的沙尘物质随高度的变化特征和不同高度处的沉降量直接影响着沙尘的输送过程. 选择腾格里沙漠东南缘流动沙丘区的风沙科学观测场为研究区,利用沙尘水平通量采集器和降尘测量器对近地层约50 m的不同高度水平运动的沙尘和降尘进行了近2年的观测,对沙漠地区近地层水平运动的沙尘随高度变化特征及不同高度的降尘量进行了讨论. 结果表明:沙尘的水平通量和降尘量均随高度的增加而减小,二者与高度均可表示为指数函数的关系; 同时,沙尘水平通量与降尘量之间存在正相关关系,二者可用线性函数相互转换.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2010(023)002【总页数】5页(P165-169)【关键词】沙尘水平通量;降尘量;腾格里沙漠【作者】张正偲;董治宝;赵爱国【作者单位】中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆,乌鲁木齐,830002;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,沙漠与沙漠化重点实验室,甘肃,兰州,730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,沙漠与沙漠化重点实验室,甘肃,兰州,730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,沙漠与沙漠化重点实验室,甘肃,兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】X831北方干旱、半干旱区面积占我国陆地国土面积的 30%以上,如果加上青藏高原风沙区,总面积占50%左右,其中沙漠戈壁与沙漠化土地总面积为166.9×104 km2,约占国土面积的 17.38%[1].沙漠及沙漠化土地是空气中沙尘物质的重要来源,沙尘物质在近地层活动是一个相互联系的复杂过程,包括了释放、输送和沉降 3个过程.沙尘释放过程包括沙尘的起动过程、跃移高度和释放量;输送过程包括输送高度、水平通量和降尘量的梯度变化;而沉降过程包括沙尘沉降速度和沉降量.国外关于近地层沙尘释放、输送和沉降的研究较多,并在近地层沙尘浓度、水平通量和降尘量等方面取得了进展[2-7],但对近地层沙尘随高度的变化特征的研究较少,而且已有研究的观测高度也相对较低,一般在近地面 0～5m处[6-7].我国对沙尘的研究较多,但研究期限较短,研究方法包括了风洞试验、野外观测和数值模拟等[8-10].在以往对降尘量的研究中,多以城市为研究对象,虽对沙漠及其边缘地区也有研究,但观测高度仅在近地面 2m左右,且多为短期观测[11-13].对不同高度降尘量的研究也曾有报道[12,14-15],但研究结果一方面受观测高度的限制,另一方面也存在差异性.对沙尘水平通量的研究主要是通过风洞试验研究近地表 1m内沙粒的水平通量,而对 1m或更高范围沙尘水平通量的研究很少.风洞模拟试验是对自然环境的简化,其结果虽具有一定的代表性,但还需要在野外自然环境进行进一步的验证.虽然我国近年来在沙尘水平通量和降尘量方面取得了一定的进展[11-17],但对二者随高度变化特征的研究较少.而沙尘在近地层随高度的分布特征是研究其输送的基本要素.空气中的沙尘主要来源于沙漠和干旱地区的风蚀和随风扬起过程[18].腾格里沙漠是我国沙尘发生的源区及路径之一,对该地区近地层沙尘物质的研究意义重大.笔者以在腾格里沙漠东南缘流动沙丘区建立的中国科学院风沙科学观测场实测资料为基础,对沙漠边缘地区流动沙丘上的沙尘随高度变化特征进行研究,以期进一步认识沙尘源区和沙尘路径上的沙尘物质在近地层的分布特征.研究区位于腾格里沙漠东南缘,中卫市西北角(37°33′N,105°01′E),如图 1所示. 该研究区既是沙尘物质的源区,也是由巴丹吉林沙漠和河西走廊释放的沙尘向华南及更远地区输送的途径区.在研究区,沙丘表面的沙粒平均粒径为 0.22～0.26mm;年均风速为 2.48～2.79m/s,风向以西北风为主,其次为东北风;年均相对湿度为36.51%～45.40%;年均温度为 11.21～12.65℃;年降水量为 71.44～116.60mm.以上数据获取时间为 2005—2008年.观测场为400m×500m,在其中心安装了 1座综合观测塔 (以下简称铁塔),塔高 50 m,塔上分别安装了 15个沙尘水平通量采集器和降尘量测量器.安装高度 (距地表)分别为48,44,40,36,32,28,24,20,16,12,8,4,2,1,0.5m.2.1 沙尘水平通量采集器沙尘水平通量采集器[19]包括可绕轴转动的收集器和风向标.收集器是由形状相同、上下吻合的收集盒和集尘盒组成.收集盒上端面和底面布有网,孔径分别为1.2×10-7和1.8×10-7mm,与弧面相对的侧面设有20mm×50mm的开口;集尘盒上端面敞开,其侧面的伸出部设置在相对于收集盒的开口处,带有沙尘的气流从收集盒开口进入,并从收集盒上部网孔排出,以减小气流在收集盒中的气压,沙尘通过底网沉降于盒中.收集盒和集尘盒曲面的延伸部用螺钉紧固,放置在风向标卡上,并用螺栓拧紧,使收集器与风向标分置于转轴的两侧.收集盒和集尘盒体曲面为流线型,锥度为1∶5.由于沙尘水平通量采集器的安装高度较高,最高的达 48 m,安装和卸载难,所以采样频率为 1个月.2.2 降尘测量器降尘测量器为大气沙尘收集器,专利号ZL03262576.6.根据《环境空气降尘的测定质量法》(GB/T15265—94),降尘收集装置的容器为直径150mm,高 300mm的圆柱形平底玻璃容器.ISO标准沉积采样装置为向上开口的聚乙烯圆柱容器,直径 200 mm,高 400 mm,上口边缘与容器壁成45°.采样频率为 1个月.2.3 研究方法沙尘水平通量廓线定义为在近地层与地面平行方向上沙尘水平通量随高度的变化特征,表示水平运动的沙尘物质在不同高度的运动特征,对其的研究有助于明确沙尘在近地层的分布特征.沙尘降尘量廓线定义为在近地层与地面垂直方向上沙尘降尘量随高度的变化特征,对其研究有助于了解沙尘在近地层的沉降量.利用梯度法对沙尘水平通量和降尘量进行观测.沙尘水平通量为沙尘水平通量采集器观测前后的质量差,可避免人为误差.降尘采用湿取法,但在不同季节所加溶剂不同,其中夏季为蒸馏水,冬季为酒精.在降尘测量器中加入蒸馏水/酒精 (所加量占整个容积的 3/4),在整个观测期间,保证测量器中一直有溶剂.3.1 近地层风速随高度的变化特征风速是影响沙尘释放和输送的动力因子,地面风速与沙尘暴的发生存在明显的正相关关系,风速在近地层的分布特征决定了沙尘物质的输送高度和距离.图 2为 2006年风速随高度的变化特征.由图2可知,风速在近地层随高度的增加而增加,在 16m 高度内变化最明显.每年的 3—8月是风速较大的时期.3.2 近地层温、湿度的变化特征近地层沙尘释放及输送过程不仅受风速的影响,而且受空气温度和相对湿度的影响,二者通过影响风速的变化从而影响沙尘的释放及输送过程.近地层的相对湿度分布特征不同,对风速的影响也不同,根据风沙间的作用机制,风沙流中的沙粒运动特征也会发生相应变化.为说明近地层温度和相对湿度对沙尘输送过程的影响,选择大风 (2006年 1月 3日 )、多云 (2006年 4月 15日 )、晴天 (2006年 5月 6日 )和雨天(2006年 9月24日)4类天气背景下 24 h内空气温度和相对湿度的变化特征进行分析,如图 3所示.不同天气背景下,空气相对湿度随高度的变化特征大致可分为 2种：①在多云和雨天,空气相对湿度随高度的变化特征基本一致,在近地层表现为先减小后增加,存在2个拐点,分别在 8和 16m高处;②在晴天和大风天气下,空气相对湿度随高度的变化特征基本一致,在近地层表现为先增加后减小,然后又增加的变化特征,存在 2个拐点,分别在 4和 8 m高处.在近地层,由于温度的不同而导致密度与浮力的差异,形成了热对流[16].对近地层的温度梯度变化特征的研究,有助于了解近地层的湍流运动发生的原因.由图 3可知,在不同天气背景下,空气温度随高度的变化特征大致相同,温度在近地层表现为先减小后增加,4 m高处为转折点.4m以下,空气温度均随着高度的增加而减小;在 4m以上,随高度的增加而增加,如图 3所示.总的来说,除晴天天气外,其他天气情况下的近地层空气温度均随高度增加而增加.3.3 沙尘水平通量廓线沙尘脱离地表后,在风力作用下远离沙尘源区.在输送过程中,沙尘质量随高度的变化而不同.一般来讲,随着高度的增加,沙尘质量降低.GOOSENS[20]利用一次递减指数模型对沙尘水平通量进行了研究,拟合公式为：式中,Cz为 z处的沙尘浓度,g/(cm2·a);z为高度,m;a和 b为拟合系数,可由最小二乘法得到[20].该指数方程是建立在近地层的湍流廓线与高度成幂函数的关系下推导而来的.图 4为 2005年3─12月和 2006年 1—12月期间不同高度沙尘水平通量廓线.由图 4可以看出,不同高度上的沙尘水平通量可表示为指数函数的关系：式中,q为沙尘水平通量,g/(cm2·a);c为拟合系数.3.4 沙尘降尘量廓线在近地层输送时,颗粒较小的沙尘物质在风力作用下继续输送到更远的地方,而颗粒较大的沙尘物质在重力作用以及降水等影响下降落到地面.沙尘在沉降过程中受地表形态和气象因子多种因素的影响[11].图 5为 2005—2006年不同高度的降尘量廓线.由图 5可以看出,降尘量与高度为指数函数关系,这种关系与沙尘水平通量廓线很相似,如表 1所示.3.5 沙尘水平通量与降尘量的关系在沙尘水平通量与降尘量的研究中,地面某一高度的沙尘质量较易观测,但对于不同高度上的沙尘质量分布特征就较难以观测.而在确定沙尘水平通量和降尘量的关系后,就可以利用沙尘水平通量计算降尘量.一般认为,降尘量与沙尘水平通量存在正相关关系,但受沙尘暴等天气的影响,这种关系的相关性明显降低[5].笔者的研究结果表明,近地层的沙尘水平通量与降尘量成明显的正相关关系,二者可用线性函数来转换.表 2为 2个观测期实测值的拟合结果,R为相关系数,P为置信度.近地层的沙尘水平通量与降尘量一直是关注重点.野外观测和风洞试验是研究沙尘水平通量和降尘量的常用方法,而沙尘在近地层的分布特征主要是通过研究近地层的沙尘浓度廓线获得的[2].相对来讲,对近地层沙尘水平通量的研究多于降尘量,这主要是因为沙尘水平通量观测相对容易,所以人们试图寻求沙尘水平通量与降尘量的关系[3-4,7].对近地层沙尘随高度的变化规律 (沙尘通量廓线)的研究结果存在争议,一些研究表明其随高度的变化为幂函数关系[5],也有人认为是指数函数关系[20].空气中的沙尘质量随高度的增加而减少;同时,在不同的观测期,沙尘质量随高度的变化规律不一样.有研究认为,每年的年初和年末是沙尘梯度表现最明显的时候,也有研究认为春节和秋季是近地层沙尘随高度分层最明显的时候[6].降尘量和气象因子关系密切[5-11].笔者的研究结果表明,在腾格里沙漠东南缘的流动沙丘地区,近地层 (0～50m)沙尘水平通量廓线和降尘量廓线均可表示为指数函数的关系,与GOOSSENS等[6]的研究结果相似,但与 OFFER等[5]的研究结果有一定差异.因此,需要长期的野外检测研究,以进一步确定沙尘在近地层分布的通量廓线特征.a.在腾格里沙漠东南缘的流动沙丘地区,近地层 (0～50m)沙尘水平通量廓线和降尘量廓线的变化均可以表示为指数函数的关系.b.沙尘水平通量在 20m以下随高度的增加而迅速降低,变化比较有规律;但在 20m 以上,其随高度增加变化不显著,表现为无规律性.降尘量随高度的变化较复杂,在 8m 以下均随高度增加而迅速降低;但在 8～12m,其随高度增加而增加,然后又随着高度的增加而降低.c.沙尘在近地层的水平通量与降尘量存在一定的关系,可以用线性函数来相互转换.【相关文献】[1] 王涛.中国沙漠与沙漠化 [M].石家庄：河北科学技术出版社 ,2003：116-148.[2] CHEPILW S,WOODRUFF N P.Sedim entary characteristics of dust storm s：2.visibility and dust concentration[J].Am erican Journalof Science,1975,15：211-302.[3] GILLETTED A,FRYREAR DW,X IAO JB,et rge-scale variability ofw ind erosionm ass flux ratesatOw ensLake：partⅠ.verticalprofilesof horizontalm ass fluxesofw ind-eroded particles w ith diameter greate r than 50μm[J].JGeophysRes,1997,102(22)：25977-25987.[4] SHAO Y P,LESL IE L M.W ind erosion prediction over the Australian continent[J].J Geophys Res,1997,102：30091-30105.[5] OFFER Z Y,GOOSSENS D.Thirteen years of aeolian dust dynam ics in a desertregion(Negev desert,Israel)：analysis of horizontaland verticaldustflux,verticaldustdistribution and dust grain size[J].Journalof A rid Environments,2004,57：117-140.[6] GOOSSENSD,GROSS J,SPAAN W.Aeolian dust dynam ics agriculturalland areas inlower Saxony,Germany[J].Earth Surferce and Process and Landform s,2001,26：701-720.[7] ZOBECK TM,SCOTTVAN PR.W ind induced dust generation and transportmechanicsona bare agriculture field[J].JHazard M ateri,2006,132：26-38.[8] 韩博,冯银厂,毕晓辉,等.无锡市区环境空气中 PM 10来源解析[J].环境科学研究,2009,22(1)：35-39.[9] 张正偲,董治宝,赵爱国.2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势[J].科学通报,2008,53(16)：1953-1960.[10] DONG ZB,Q IAN GQ,LUOW Y.etal.Analysisof themass flux profilesof an aeolian saltating cloud[J].J Geophys Res,2006,111,D16111,doi：10.1029/2005JD 006630.[11] 肖洪浪,张继贤,李金贵.腾格里沙漠东南缘降尘粒度特征和沉积速率[J].中国沙漠,1997,17(2)：127-132.[12] 张锦春,赵明,方峨天,等.民勤沙尘源区近地面降尘特征研究[J].环境科学研究,2008,21(3)：17-21.[13] 李金昌,董治宝,王训明.中国北方东部地区春季降尘量及其环境意义[J].中国沙漠,2008,28(2)：195-201.[14] 张志刚,矫梅燕,毕宝贵,等.沙尘天气对北京大气重污染影响特征分析[J].环境科学研究,2009,22(3)：309-314.[15] 关欣,李巧云,文倩,等.和田降尘与浮尘,扬沙,沙尘暴关系的研究[J].环境科学研究,2000,13(6)：1-7.[16] ZHANG X Y,GONG SL,SHEN Z X.et al.Characterization of soil dustaerosol in China and its 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超大城市气象观测网的设计与应用
超大城市气象观测网的设计与应用汤绪【摘要】城市化通过改变自然状态和人类活动对天气气候产生重大影响，同时由于城市化带来的生产、生活活动的密集性，气象灾害对其造成的影响更为集中且严重。
建立一个以气象为核心的科学、全面、智能的综合观测网是保障城市安全和智能化、个性化的气象服务的有力支撑。
从城市观测的国内外进展、需求、布局的科学性、新设备的应用、大数据背景下的数据应用和服务等方面给出了超大城市（城市群）综合观测网的建设思路。
%Urbanization has exerted the signiifcant impact on the weather and climate in the process of human activities to change the conditions of natural environment. The effect of meteorological disasters becomes much denser and more severe due to higher intensity of economic production and human habitation and activities in the mega-city areas. So that, It is urgently to build a science based and service driven observation network to support the seamless data processing, impact based forecasting and to serve further the safety of people’s life and prope rty in mega cities. This work discusses a conceptual design and possible application about building an integrated meteorological observation network in megacity based on the achievements of science and technology. It includes the application of variety of sensors, deployment for monitoring high impact and high relevant factors, the application for integration technology and the applications of ‘big data’ and its associated data sourcing.【期刊名称】《气象科技进展》【年(卷),期】2016(006)004【总页数】10页(P8-17)【关键词】城市;观测;应用【作者】汤绪【作者单位】天气和减灾服务司，世界气象组织，日内瓦 1211【正文语种】中文大规模城市化（城市群）是我国经济社会发展的重要驱动力和重大战略。
第六讲_通量观测方法与原理
18N18RN
该公式表明，某物质同位素 的量等于该物质同位素比与 该物质总量的乘积
通量的精细分解测定:同位素技术
SPAC系统中的18O和13C
H218O, H16O, H216O
Atmospheric Vapor (1813‰)
C18O16O, C16O2 , 13CO2 , 12CO2 Atmospheric CO2
通量的精细分解测定:同位素技术 原理(以水汽通量为例)
Craig-Gordon模型
δEαVδ /L Lh1 N δA h NεV/ Lεdiff
n=1/2 对于自然水面蒸发 =1 对于土壤水和叶片水蒸发
Θ=1对于小水面 =0.5-0.88 对于大水面
18Δdiff = -28.5‰ 2Δdiff = -25.1‰
同位素稳态在一个较长时间尺度时，或者蒸腾水汽量远大于叶片 本身含水量，水汽交换(蒸腾速率)较大时，稳态假设一般是成立 的
在短时间尺度，如小时或更短尺度，由于受各种环境因子的影响， 蒸腾的同位素稳态往往会受到影响，形成蒸腾过程的同位素非稳 态情形
通量的精细分解测定:同位素技术
原理(以水汽通量为例)
Craig-Gordon模型 模拟蒸发水汽同位素组成的模型
过程的存在方式或程度
通量的精细分解测定:同位素技术 同位素基础知识
同位素含量的表达(以18O为例)
同位素比R
18 R 18 N 16 N
N：元素的量(个数)
同位素δ值
18
18
Rsample 1 18
Rstandard
通量的精细分解测定:同位素技术
同位素基础知识
同位素分馏过程的表达
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FW05
KH20
涡动相关系统的架设与维护
——湍流观测仪器的维护
超声风速仪的维护：检查传感器的感应头之间是否有杂物，如蜘蛛网 等。雨天的水滴可以通过感应头前端的防雨滴网流下来，不需要人工 去除水滴。定期检查防雨滴网的位臵使其不超出传感器头，并且换能 器I上的三个头的防雨滴网伸出的三角朝外。
防雨滴网
H2O/CO2分析仪的维护：1.光路清洁。雨天、大风和沙尘暴过后要注意 通过监控界面的AGC输出值检查分析仪的光路是否清洁，如AGC大于65 ，需要检查系统的光路清洁度。在此期间的数据质量是不可靠的。2. 更换干燥剂。大约一年左右，分析仪内部装有小苏打和高氯酸镁干燥 剂的两个塑料小瓶需要进行更换并重新进行标定。
+ ( u ) n out dBs ( u ) nin dB0 + Bs B0
IV 侧边界的平流输送 V 地表排放
Bt J nout dBt i
（ห้องสมุดไป่ตู้）
+
Bs J nout dBs i
I
II
声程L：上下换能器之间的距离
超声信号顺风时经声程L传播所需时间Tw ： Tw = L/(C+V) (1) 超声信号逆风时经声程L传播所需时间Ta ： Ta = L/(C-V) (2) 由（1）和（2）可得 V = L/2 (1/Tw - 1/Ta ) (3) C= L/2 (1/Tw+ 1/Ta ) (4) 式中： V 为风速, C 为声速, L 为声程。 由（3）式可知 ，只要测出 Tw和Ta ，就能得到所要的风速值V和声 速值C ，进一步可推算空气超声虚温 Ts=C2/（1.4Rd），其中Rd为干空气 气体常数 287.05 J / kg K 超声风速仪就是通过测量Tw和Ta ，从而求出大气的风速和超声虚温
塔上风、温梯度观测(8.5m,14.5m,28.5m)
南京市党校楼顶铁塔（36m）
南京大学浦口气象园观测点
KH20/CR-5000 H2O通量仪
LI-7500 H2O/CO2通量仪
LAP-3000低层大气风温廓线仪
辐射观测
湍流通量获取的基本方法
涡动相关法（Eddy Covariance） 波文比法（Bowen Ratio System） 空气动力学方法（Aerodynamic）
鲍恩比测量系统
白洋淀
哈尔巴林观测试验，主要目的是了解典型季节该地区日遗化学武器销毁设施所在地的大
气边界层结构和湍流扩散特征，了解当地的地形和下垫面对大气边界层气象要素的影响强度，掌握 该地区的大气扩散规律，具体包括边界层风、温垂直廓线和时间演变，逆温层厚度和混合层高度， 湍流结构和湍流扩散参数，以及由地形引起的局地环流和冬季下雪时的天气背景对当地边界层的影 响等，为确定排气筒高度、风险评估、环境影响评价等提供基础数据
湍流通量观测
第一讲 涡动相关通量观测系统
什么是通量
通量：是指单位时间通过单位面积的流体对某物理量的输送。
流体运动可分解为平均运动和脉动运动两部分
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因此流体运动对物理量的输送也分别由这两部分运动引起。 大气科学、生态学等研究领域常关注的近地层通量输送主要有： 物质输送（水汽、二氧化碳……） 能量输送（感热、潜热）
• （2）全球变化研究是当今国际科技研究的热点问题。19 世纪中期工业革命以来，大气中CO2等温室气体的浓度就 一直呈现增加的趋势，逐渐成为导致全球变暖的主要因素 之一 。为了获得地气之间CO2、水和能量交换的第一手资 料，全球相继建立了大量的湍流观测站并组成了观测网 络——全球通量观测网（Fluxnet）和全球城市通量观测 网（Urban-Fluxnet）
涡动相关系统的架设与维护
——湍流观测仪器的架设
超声风速仪与H2O/CO2分析仪架设在同 一高度，H2O/CO2分析仪不能靠超声风 速仪太近 超声风速仪与H2O/CO2分析仪均指向盛 行风方向
如果使用金属丝热电偶温度仪（FW05） 则架设在超声风速感应探头中间 KH20安装高度与超声风速仪高度一致。
涡动相关系统的架设与维护
——辐射观测仪器的架设与维护
周三下午班
超声风速仪工作原理
观测的气象要素：u、v、w、Ts的瞬时量
换能器(transducer)：相对放臵的 一对换能器（I，II），里面的压 电晶体为收、发两用型的。当对 换能器I施加脉冲电压时，可产生 超声脉冲信号，发射出来，换能 器II能够接受到，并把超声信号转 化成电信号，输入到超声风速仪 的芯片中。 反之，当在II上施加 脉冲电压时，其产生的超声脉冲 信号能被I接受，并将超声信号转 换成电信号，输入到超声风速仪 的芯片中。
涡动相关法测量地气通量的基本原理
• 地气通量是指地表和大气之间的物质、能量交换；
• 涡动相关法测量地气通量是从物质和能量守恒方程出发，
经过一系列的简化而得到的
Bt
选择垂直于地表的一个体元 V 内的空气为研究对象，利用连续方 程， 分析该体元内物质 的收支情况， 如图所示。其中该方框的上边界是 Bt，下边界是地表 B0，侧边界 Bs，并 且上边界 Bt 平行于地表 B0。通过一 定时间尺度上对该体元内的物质变 化体积分，可以得到该体元内的物质 收支方程
Krypton Hygrometer湿度仪工作原理
观测的气象要素：水汽的脉动
KH20 氪湿度计
观测原理：赖曼a法，氪发射紫外线，利用水汽对 紫外波段的吸收进行
热电偶温度传感器工作原理
观测的气象要素：瞬时温度
热电效应原理：两种不同的金属组成的闭合回路中，当两接触点 的温度存在差异时，回路中就会有电流通过，两接触点间形成电 势差，电势差的大小与温度差有关。
压
• 气压传感器
辐射
• 辐射传感器
土壤和冠层
• 土壤温、湿、 热通量：土 壤温湿度传 感器、土壤 热通量板 • 冠层温度： 红外温度传 感器
涡动相关通量观测系统常用仪器（1）
超声风速仪 H2O、CO2 开路分析仪
CSAT3超声风速仪
辐射传感器 温湿度传感器
Li-7500水汽、 二氧化碳开路分析仪 CNR4净辐射传感器 HMP45C温度、 相对湿度传感器
VII 其他物质在侧边界输送的影响
J nin dB0 B0 i
VI 其他物质在上边界输送的影响
VIII 其他物质地表排放的影响
其中 u 是风速； u 是物质 的流动速度，忽略地表大气的扩散作用，此时可
取 u u ； nout 是垂直于体元 V 的向外的单位向量； nin 是垂直于地表指向体元
目前国内外主要的超声风速仪
CSAT3，美国
USA-1，美国 Model 81000，美国
Gill R3，英国
K-Probe，美国 TR-61C，日本
IAP-1，中国 UW，美国
IAP-2，中国
CO2/H2O开路分析仪工作原理
Li-7500水汽、 二氧化碳开路分析仪
观测的气象要素：q和C的瞬时量 Li-7500 利用水汽和二氧化碳 对红外辐射吸收的波段不同可 以同时观测水汽和二氧化碳的 摩尔浓度
全国现有23个站点
全球城市通量网（Urban FluxNet）（2006）
•城市区域已经变成全球碳排放的重要贡献因素 •城市化进程使不断增加的汽车和其他人为CO2排放加速了全球变暖的进程 •已有的观测表明，城市环境下CO2 通量几乎为净排放， 并且其排放强度远大于其 他生态系统 •很少有实验记录了城市环境下实际的CO2通量以及他们的扩散特征
为什么关注通量观测
在大气科学、生态学和陆面过程研究中，近地层湍流通量观 测占据十分重要的位臵，这主要是由于以下两方面的原因： （1）在气候预测、天气预报等全球尺度和中尺度模式以及 污染扩散模式、城市街渠模式和大涡模拟等微尺度数值模 式中，下垫面的湍流通量参数化是十分关键的敏感问题， 直接决定模式的模拟能力。目前国内外与边界层有关的研 究的核心目的通常是通过组织边界层观测试验，研究地气 系统的物质能量交换等物理过程，设计或改进适用于当地 或相关区域的地气通量参数化方案；
的单位向量。由方程可见，地表的收支方程中包含了 8 项
理想条件下的地气通量计算
当满足下列假设时： (1)平稳（定常）湍流；
(2)水平均匀（平流可以忽略）；
(3)近地面存在常通量层； (4)影响通量的各种尺度的涡旋都已被测到； (5)测量到的通量代表仪器所在的下垫面。
此时，湍流输送为地气输送的唯一机制，可以利用涡动相关法计算地气通量。 物质通量、感热通量和潜热通量的简化形式分别如下： 物质通量： 感热通量： 潜热通量：
FW05即是运用热电效应原理制作的热电偶温度传感器。当热电偶 的测量端与基准端的空气温度存在差异时，两者之间形成电势差 因此，可以通过测量两端的电势差来测量热电偶两端的温度差。
优点：观测精度高，无需进行订正；缺点：易损坏，不宜用于长期观测
涡动相关系统的架设与维护
——标准观测场布置
涡动相关系统的架设与维护
Bt Bs
B0
收支方程
1 0 ( (t2 ) (t1 ))dV S i dV + ( u ) n out dBt V Bt t V i
I 存贮 II 各种化学产生过程 III 上边界的对流输送
F ( ) w '
H C p w
LE Lv wq
涡动相关通量观测系统
风
• 平均量：风 速风向传感 器 • 脉动量：超 声风速仪
温
• 平均量：温 度传感器 • 脉动量：超 声风速仪、 热电偶温度 仪
湿
• 平均量：相 对湿度传感 器 • 脉动量： H2O/CO2开 路分析仪、 KH20湿度仪