生态气象全要素综合观测系统

生态气象全要素综合观测系统

生态气象资源是自然资源要素的重要组成部分，在开展“山水林田湖草”系统综合监测的大背景下，构建生态气象全要素观测系统是针对自然资源和生态系统实时监测和动态评估的基本需求，也是形成生态资源环境全要素、全方位、全天候监测能力的基础条件，同时为更好地开展生态系统的长时序动态监测，建立多源、多尺度、多要素的综合监测数据集提供保障和支撑。

根据生态气象资源全要素观测的需要，完整的观测要素包括：地表通量（感热、水通量、碳通量）、风温湿廓线、二氧化碳\水汽垂直廓线、气压、四分量辐射（向上/下短波辐射，向上/下长波辐射）、光合有效辐射、红外温度、土壤温度、土壤热通量等。

综合观测系统主要包含仪器系统：开路/闭路涡动相关系统、风温湿梯度系统、CO2/H2O廓线系统、能量平衡系统、物候及监控系统等。

一、 涡动相关系统

通过快速（≥10HZ）测量大气CO2/H2O浓度以及垂直风速，采用涡动协方差原理，应用微气象学方法，经过一系列精确计算和处理，获取大气和下垫面之间的物质和能量交换。该方法理论基础完备，作为生态学研究中一种标准方法，常用来进行生态系统能量和物质收支研究以及遥感地面反演等。由于测量方式以及对环境适应不同，涡动观测系统分为开路涡动观测系统和闭路涡动观测系统。

二、 风温湿梯度系统

在生态系统内垂直分多层安装温湿度和风速传感器，获取近地面层空气温度、湿度、风速等垂直分布状况。根据垂直分布情况反应大气层结稳定度以及冠层粗糙度情况，同时可反应植被冠层对大气基本要素的影响等。结合涡动相关系统可计算森林植被的热量储存情况

三、 CO2/H2O廓线系统

CO2/H2O廓线系统可测量垂直方向上CO2和H2O浓度分布情况。研究从地表到观测高度CO2和水汽传输和交换规律，获取不同植被下垫面空间上的时序变化。结合涡动相关系统，可获得森林等高冠层植被的碳存储项，为碳收支研究以及温室气体研究提供更准确的数据支持。

四、 能量平衡系统

能量平衡系统包含四分量净辐射、光合有效辐射、土壤热通量、土壤温湿度、空气温湿度等。通过计算下垫面获取的净能量，可以为涡动相关研究提供数据质量检验，提高通量研究的数据精度。同时结合涡动相关获取的潜热和显热数据，以及土壤数据，可以研究生态系统能量收支和分配情况，为生态系统研究提供数据支持。

五、 物候及监控系统

通过专业的网络物候相机，定时定点观测植被或地面变化情况，及时掌握植被物候期变化。同时以照片形式记录植物的多种光谱信息，用以分析植被生长以及健康状况等。另外结合4G/5G高速无线传输方案，实现视频实时传输和动态识别，对野生动物活动和其他人类活动进行全时序监控。

以上所有子系统均可由数据采集器记录数据，并进行相应的数据计算和处理。并通过无线传输方式，将所有数据实时传输到Web系统进行存储和管理。