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引言
小氣候與大范圍氣候相比較具有如下特點(diǎn)：范圍小，100米以內(nèi)的范圍，常規(guī)的氣象觀測(cè)站不能反映小氣候的差異；差別大，尤其在垂直方向氣象要素的差異都很大；日變化劇烈，越接近下墊面，溫度、濕度、風(fēng)速的日變化越大；小氣候規(guī)律較穩(wěn)定，只要形成小氣候的物理性質(zhì)不變，它的小氣候差異也就不變。
小氣候是影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要環(huán)境因素。梯度小氣候自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量并存儲(chǔ)地表與大氣相互作用時(shí)近地面層的小氣候梯度，觀測(cè)地表上方多層空氣溫濕度梯度、多層風(fēng)速風(fēng)向、植物冠層內(nèi)外的太陽(yáng)總輻射或光合有效輻射梯度；以及多層土壤溫濕度梯度等。根據(jù)梯度觀測(cè)數(shù)據(jù)可直接了解地表與大氣相互作用后小氣候要素形成的時(shí)間變化和空間分布規(guī)律，為利用、調(diào)節(jié)和改善各種類(lèi)型的小氣候特征提供依據(jù)。
目前梯度小氣候觀測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸是傳感器的分辨率和重復(fù)性能否真實(shí)反梯度氣象因子的變化。
2 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 目標(biāo)
AZ-M0310梯度小氣候觀測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)方式符合WMO世界氣象組織和《地面氣象監(jiān)測(cè)規(guī)范》要求，易于生態(tài)系統(tǒng)和氣候變化對(duì)比研究。
對(duì)降雨可通過(guò)雨滴譜分析雨滴的形態(tài)，分布，降雨強(qiáng)度，總量，能見(jiàn)度等性質(zhì)參數(shù)。使降雨分析得到了質(zhì)的飛躍。
數(shù)據(jù)采集器功能強(qiáng)大，通道多，可接多種傳感器。內(nèi)存可存儲(chǔ)多達(dá)一年的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)可保存20年。支持RS232，F(xiàn)TP，TELNET，USB等多種通訊協(xié)議。系統(tǒng)有效的解決了高精度測(cè)量的問(wèn)題，同時(shí)保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。很適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)使用。
2.2觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)
2.2.1觀測(cè)塔的布設(shè)
塔可以建造水泥底座，但底座面積必須足夠小，不會(huì)改變局部下墊面性質(zhì)，進(jìn)而影響到觀測(cè)結(jié)果。建造過(guò)程中注意保護(hù)塔周?chē)聣|面植被的狀態(tài)。
森林中觀測(cè)塔的位置位于觀測(cè)場(chǎng)地或稍偏下風(fēng)側(cè)。塔高應(yīng)高出林冠層1/2樹(shù)高。
觀測(cè)塔通常為拉線式矩形塔，塔體及其橫桿的顏色應(yīng)涂為銀白色或淺灰色，以免因吸收太陽(yáng)輻射而升溫，影響輻射觀測(cè)。
觀測(cè)塔的設(shè)計(jì)要方便工作人員安裝檢修儀器，并在塔頂，林冠層上2～3m處、林冠層、林冠層下2m和灌木層各設(shè)計(jì)一個(gè)觀測(cè)平臺(tái)。
觀測(cè)場(chǎng)應(yīng)安裝避雷系統(tǒng)。
2.2.2 小氣候觀測(cè)系統(tǒng)的布設(shè)和安裝
按照下圖安裝傳感器。傳感器的橫桿與觀測(cè)塔的距離應(yīng)在l.5 m以上。
輻射橫桿應(yīng)該向南方伸出。北回歸線以南的站點(diǎn)，在夏至的時(shí)段可以調(diào)整輻射觀測(cè)桿的伸出方向，以避開(kāi)塔身的影響。輻射傳感器要調(diào)整水平。
土壤溫度、地表溫度和土壤熱通量傳感器應(yīng)安裝在盡可能遠(yuǎn)離觀測(cè)踏的南邊。
風(fēng)速、溫度、濕度傳感器的安裝高度應(yīng)以傳感器探頭的高度為準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)采集器放置在防水儀器箱內(nèi)，儀器箱可安裝在塔身上、便于操作的位置。數(shù)據(jù)采集器的機(jī)殼應(yīng)連接到接地裝置上，接地電阻應(yīng)小于5 Ω。連接傳感器電纜線的轉(zhuǎn)接盒要有接地裝置，接地電阻應(yīng)小于5 Ω，設(shè)備接地端要與避雷接地網(wǎng)連在一起。
為了防雷、防鼠、防水和安裝、維護(hù)方便，小氣候觀測(cè)系統(tǒng)的電纜應(yīng)穿入電纜管內(nèi)，電纜管應(yīng)妥善綁縛在觀測(cè)塔上。并在不同的高度將電纜管折出圓弧，做成滴水彎。
2.2.3 小氣候觀測(cè)系統(tǒng)傳感器的平行校驗(yàn)
每次觀測(cè)之前，溫、濕、風(fēng)速傳感器架設(shè)在“Π"形橫桿上進(jìn)行平行校驗(yàn)觀測(cè)，平行檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)至少持續(xù)一個(gè)日變化周期。將觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行平均后，經(jīng)比較選擇觀測(cè)結(jié)果接近的傳感器用于小氣候梯度觀測(cè)，并且選擇一個(gè)為基準(zhǔn)，進(jìn)行歸一化處理。
“Π"形橫桿必須足夠長(zhǎng)，以保證傳感器之間沒(méi)有相互影響。溫、濕度傳感器相間距離0.3m。風(fēng)傳感器相間距離0.5m，“Π"形橫桿應(yīng)與主風(fēng)向垂直。
進(jìn)行平行檢驗(yàn)的觀測(cè)場(chǎng)的下墊面狀況應(yīng)盡可能保證水平均一。
如果小氣候觀測(cè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)該在觀測(cè)結(jié)束前再次進(jìn)行平行校驗(yàn)觀測(cè)。
平行檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該與其它觀測(cè)記錄一起存檔。
2.3數(shù)據(jù)采集
2.3.1時(shí)制、日界和對(duì)時(shí)
輻射觀測(cè)和日照時(shí)間觀測(cè)采用地方平均太陽(yáng)時(shí)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)地方平時(shí)），以24時(shí)為日界，其余觀測(cè)指標(biāo)采用北京時(shí)，以20時(shí)為日界。數(shù)據(jù)采集器的內(nèi)部時(shí)鐘為觀測(cè)時(shí)鐘，采用北京時(shí)，要定期/不定期進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)。
2.3.2 采樣
小氣候觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣在數(shù)據(jù)采集器中完成，采樣順序?yàn)闅鉁?、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、地溫、輻射、蒸發(fā)。
土壤水分、土壤熱通量采樣時(shí)間是10分鐘一次，測(cè)量20s加熱，作為瞬時(shí)值。
氣溫、濕度、氣壓的采樣速率為每分鐘6次，去掉一個(gè)值和最小值，余下的4次采樣值求算平均；1 min平均值為瞬時(shí)值。
降水、蒸發(fā)量的采樣速率為每分鐘1次。
2.4 觀測(cè)系統(tǒng)組成
觀測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、氣象傳感器、降雨強(qiáng)度和降雨類(lèi)型傳感器、氣象數(shù)據(jù)報(bào)告軟件、供電裝置，支架等部件組成。
3 數(shù)據(jù)處理
3.1 數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示
數(shù)據(jù)采集報(bào)告軟件功能：系統(tǒng)有設(shè)置軟件和數(shù)據(jù)報(bào)告軟件。
系統(tǒng)設(shè)置軟件用于設(shè)置系統(tǒng)的各通道及計(jì)算公式，數(shù)值平均方法，數(shù)據(jù)文件命名方式，WEB 頁(yè)設(shè)置，Ethernet 口設(shè)置。
數(shù)據(jù)報(bào)告軟件提供滑動(dòng)平均值，矢量平均和分級(jí)平均。
可在計(jì)算機(jī)上采用圖標(biāo)、曲線顯示原始數(shù)據(jù)、分鐘平均值，也可通過(guò)Internet、局域網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)服務(wù)器-客戶機(jī)的形式查 看、瀏覽數(shù)據(jù)。
WEB 頁(yè)：DL16 提供瀏覽器功能，查看各種 WEB頁(yè)內(nèi)容。
index.htm 查看原始數(shù)據(jù)；
10m_mv.htm 查看 10 分鐘平均值；
extrem.htm 查看 30 分鐘內(nèi)的極值；
datetime.htm 查看日期和時(shí)間；
system.htm 查看系統(tǒng)配置
梯度小氣候數(shù)據(jù)輸出如下：
梯度小氣候觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表
| 數(shù)據(jù)周期 | 每日逐時(shí)數(shù)據(jù) | 逐日數(shù)據(jù) | 逐月數(shù)據(jù) |
| 數(shù)據(jù)表內(nèi)容 | 太陽(yáng)總輻射及其累計(jì)值 | 太陽(yáng)總輻射及其累計(jì)值 | 太陽(yáng)總輻射及其累計(jì)值 |
| 空氣溫濕度 | 空氣溫濕度 | 空氣溫濕度 | |
| 土溫 | 土溫 | 土溫 | |
| 氣壓 | 氣壓 | 氣壓 | |
| 海平面氣壓 | 海平面氣壓 | 海平面氣壓 | |
| 降水 | 降水 | 降水 | |
| 2分鐘平均風(fēng)速 | 2分鐘平均風(fēng)速 | 1小時(shí)極大風(fēng)速 | |
| 10分鐘平均風(fēng)速 | 10分鐘平均風(fēng)速 | ||
| 2分鐘平均風(fēng)向 | 2分鐘平均風(fēng)向 | ||
| 10分鐘平均風(fēng)向 | 10分鐘平均風(fēng)向 | ||
| 10分鐘極大風(fēng)速 | |||
| 1小時(shí)極大風(fēng)速 |
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