Eddy2311f閉路渦動協(xié)方差采集系統(tǒng)

1.概述

渦動相關(guān)方法(或渦動協(xié)方差方法, 簡稱 EC) , 是一種微氣象學(xué)測量方法, 它可以直接測量生物圈與大氣圈之間的湍流交換通量, 已成為當(dāng)前地氣交換研究中*先進(jìn)和*選的通量觀測方法。EC通過測量三維風(fēng)速、溫度、水汽和二氧化碳濃度等的快速變化, 由計算水平風(fēng)速分量或某一標(biāo)量濃度與垂直風(fēng)速的協(xié)方差得到湍流輸送量。

Eddy2311f 閉路式通量觀測系統(tǒng)是一款高性能、高可靠性的科研級閉路渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)，可用于大氣與生態(tài)系統(tǒng)之間的二氧化碳、水汽、熱量和動量交換的長期監(jiān)測。

2.系統(tǒng)組成

Eddy2311f 閉路渦動協(xié)方差采集系統(tǒng)是由Eddy2311f閉路氣體分析儀、三維超聲風(fēng)傳感器、空氣溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器、降雨傳感器、DR-805數(shù)據(jù)采集器以及其他配件組成，系統(tǒng)高度集成，系統(tǒng)可通過編程控制實現(xiàn)水汽及二氧化碳?xì)怏w的自動零點標(biāo)定和跨度標(biāo)定，真正做到免維護(hù)系統(tǒng)自動運行，大大減少了用戶的維護(hù)成本，能夠為用戶提供“交鑰匙”系統(tǒng)，極大得方便了用戶的使用。

3.產(chǎn)品特點

l  數(shù)據(jù)準(zhǔn)：腔室內(nèi)同步測量的二氧化碳和水汽混合比，樣品腔室溫度和壓力，以及三維風(fēng)速和超聲虛溫，輸出更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；

l  堅實耐用：適用于野外各種惡劣環(huán)境，操作簡單、維護(hù)方便，免維護(hù)周期180天

l  抗雨性強(qiáng)：創(chuàng)新的內(nèi)部信號處理算法和探頭防雨網(wǎng)大幅度地改善了三維超聲風(fēng)速儀在降水事件期間的測量性能；

l  進(jìn)氣管配有加熱器，防止水汽冷凝

l  *理想的微氣象測量方法，原理上不基于任何假設(shè)，無需經(jīng)驗參數(shù)，計算方法有完善的理論論證

l  連續(xù)觀測CO2、H2O通量和環(huán)境要素，評價不同時間尺度的碳水通量特征及其環(huán)境響應(yīng)

l  系統(tǒng)集成度高，包含所需各種儀器及配件

l  頻率響應(yīng)性能優(yōu)異

l  低功耗，支持多種供電方式

4.工作原理及分析儀優(yōu)勢

系統(tǒng)實際運行中，超聲風(fēng)速儀高頻響應(yīng)三維風(fēng)速（Ux、Uy、Uz）和虛溫（Ts），CO2/H2O 分析儀高頻響應(yīng) CO2 和 H2O，數(shù)據(jù)采集器實時采集這些變量數(shù)據(jù)，并對其做同步處理，之后在線計算得到感熱通量、潛熱（水汽）通量、CO2 通量、動量通量及摩擦風(fēng)速，以及這些數(shù)據(jù)所需的協(xié)方差/均值等，并將計算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)采集單元，與此同時各種高頻變量的原始數(shù)據(jù)也會保存在數(shù)據(jù)采集單元中，用戶可以對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理（分析和插補(bǔ)），從而獲得理想通量數(shù)據(jù)。

Eddy2311f優(yōu)勢：光腔衰蕩光譜技術(shù)能夠在高精度和 10 Hz 通量模式下，以 ppb 級靈敏度來測量 CO2和水汽。在通量模式下，分析儀以 10 Hz 測量并得出所有二種組分的濃度。

優(yōu)異的長期穩(wěn)定性：為確保長時間測量精度，即使是在惡劣環(huán)境下，Eddy2311f也能夠憑借其精心的材料選擇和精細(xì)的機(jī)械設(shè)計來實現(xiàn)精確的溫度與壓強(qiáng)控制。由于激光會在所有儀器中發(fā)生漂移，因此 Eddy2311f還使用一種高精度波長監(jiān)控器來保持光譜位置。這款分析儀真正的獨特之處在于分析儀不僅能夠在低流量精度模式下操作，還能夠在通量（快速流動）模式保持長期穩(wěn)定性。

漂移問題：頻繁的參比氣體測量會浪費昂貴的校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體，同時還會耗用寶貴的數(shù)據(jù)測量時間。即使一小時內(nèi)只用五分鐘來進(jìn)行氣瓶測量都會導(dǎo)致每年有 30 天的時間丟失數(shù)據(jù)。由于儀器和溫度漂移而須頻繁進(jìn)行的數(shù)據(jù)校正會耗用大量時間、引入誤差，并增大出錯的機(jī)會。這就是為什么我們會更專注，來確保每臺儀器都符合低漂移標(biāo)準(zhǔn)。

通量模式：將風(fēng)速計經(jīng)由 RS232 而直接插入到至Eddy2311f分析儀中可以簡化儀器設(shè)置和數(shù)據(jù)分析過程，使我們的分析儀自動同步并將數(shù)據(jù)實時整合至一個文件中。為了能夠通過風(fēng)速計來集成相對濕度等其它傳感器，分析儀提供了*多四列額外的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)的分析儀還包括更高精度 CO2 通量模式，以便用于嚴(yán)苛的研究應(yīng)用。

5.技術(shù)指標(biāo)

觀測塔的位置應(yīng)盡可能選在自己所感興趣且有代表性的生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中，要求有足夠長的上風(fēng)距離（Fetch），可以先做風(fēng)玫瑰圖和足跡（Footprint）分析以確定一定觀測高度上，不同穩(wěn)定度條件、風(fēng)速和風(fēng)向下被測量通量的源區(qū)。一般來說，觀測塔的位置應(yīng)該選在觀測區(qū)域內(nèi)地形相對較為平坦的地方，以減少平流的影響。

在塔的建設(shè)、安裝和運行期間，應(yīng)該盡可能減少對周圍環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的影響，且觀測塔應(yīng)建立在受相鄰生態(tài)系統(tǒng)干擾zui小的地點。

一般情況下經(jīng)驗值，風(fēng)浪區(qū)(Fetch)是儀器安裝高度的100倍，也就是說如果塔高2米，那么測得的大部分通量來自于塔至上風(fēng)距離200米處的橢圓形區(qū)域；而在夜晚低風(fēng)速、穩(wěn)定條件下能達(dá)到安裝高度的500倍。

通常情況下，儀器安裝高度遵循以下原則：當(dāng)冠層高度低于3米時，建議安裝在冠層高度2倍以上、傳感器路徑長度的3至5倍以上、0.01倍上風(fēng)距離以下，且至少高于冠層高度1.5米；當(dāng)冠層高度大于3米時，建議安裝在冠層上方3米左右、0.01倍上風(fēng)距離以下。安裝在常通量層，因為這一層通量不隨高度增加而改變。

三維超聲風(fēng)探頭應(yīng)朝向主導(dǎo)風(fēng)向，并注意盡量減少由于塔結(jié)構(gòu)本身形成的流場阻擋或扭曲干擾的影響。三維超聲傳感器應(yīng)保持水平(超聲坐標(biāo)系的Z軸保持在垂直方向)以減少風(fēng)向變化帶來的不確定性。對于分體式渦動，氣體分析儀的探頭應(yīng)安裝在距離三維超聲傳感器的水平10至20cm，下方垂直0至20cm(因為距離過近會導(dǎo)致自然氣流的畸變從而影響通量的測量)；當(dāng)儀器架在15米以上時，水平距離和垂直距離可以增大到30至50cm。

7.安裝案例