近地面通量觀測

近地面通量觀測主要包括近地邊界層大氣溫度、風、濕度、輻射、氣壓、降水量、蒸發量、土壤溫度、土壤濕度、土壤熱通量、地下水位、物質通量（水汽、碳通量）觀測及熱量、動量通量等要素觀測。

基本介紹

• 中文名：近地面通量觀測
• 外文名：near ground flux observation
• 要素：熱量、動量通量等
• 方法：直接測定方法(蒸滲儀、箱式法)
• 一級學科：氣象學
• 二級學科：大氣科學

簡介

近地面通量觀測主要包括近地邊界層大氣溫度、風、濕度、輻射、氣壓、降水量、蒸發量、土壤溫度、土壤濕度、土壤熱通量、地下水位、物質通量（水汽、碳通量）觀測及熱量、動量通量等要素觀測，以此來獲取不同代表性下墊面區域上大氣邊界層的動力、熱力結構，多圈層相互作用過程中各種能量收支、物質交換等的綜合信息。

近地面通量觀測系統

近地面通量觀測系統採集數據檔案包括由數據採集器處理後，通過終端計算機處理軟體直接存儲到計算機硬碟中的數據檔案。數據檔案分為湍流觀測、梯度觀測和風能觀測三大類，其中湍流觀測數據檔案包括兩類：一類是用來計算通量的高頻原始數據（一般10Hz），用於後期做各種數據運算和處理；另一類是數據採集器線上計算得到的通量，以及計算通量運算中所需要的各種統計量，還包括能量平衡中常規感測器的測量結果。梯度觀測數據除滿足《地面氣象觀測規範》的要求外，同時需滿足用於近地面邊界層能量收支平衡的分析處理。風能觀測數據是利用通量觀測系統而獲取除梯度觀測資料以外的風資料，它也可以作為梯度觀測資料的補充。

觀測方法

直接測定方法(蒸滲儀、箱式法)

Lysimeter：蒸發滲漏儀(簡稱蒸滲儀)

觀測原理：稱重，前後兩個時間觀測的土柱質量差為這一觀測時段該土柱的水的損失量

優點：直接觀測，精度高；可以進行水分處理，進行不同科學目的的觀測。缺點：自然代表性不夠，套用範圍相對較窄。

間接測定方法(小氣候法)

1、波文比方法

波文比(Bowen ratio)指地表感熱通量與潛熱通量之比，波文比可以描述空氣的穩定狀況：波文比越大，表明感熱交換越強烈，空氣越不穩定，波文比越小，空氣穩定性越好。

原理：觀測淨輻射和波文比，就能計算獲得感熱通量和潛熱通量。

誤差來源：①平流影響：風浪區長度應該在是儀器安裝高度的100倍以上；②空氣穩定狀況：適合於中性層結和不穩定層結；③儀器測量誤差：提高儀器測量精度，及時維護保養。

2、渦度相關方法

平均值與脈動值：對於一個不斷變化的量，它可以分解為兩部分。

系統主要組成：(1)超聲風速儀：10Hz頻譜空氣運動及其速度的三維測量；(2)濕度儀：測量水汽濃度；(3)CO₂氣體分析儀：測量CO₂濃度。

大尺度通量的觀測(大孔徑閃爍儀)

原理：空氣的折射指數與感熱通量之間在理論上存在一個關係；空氣折射指數用折射指數的結構參數C_n²來描述其湍流強度；C_n²是一個與溫度結構參數C_T²相關的一個參數。

系統主要組成：由一個發射器和一個接收器組成，發射器發射某個波段的一個光束，這個光束的強度由於空氣湍流“閃爍”而發生改變，通過接收器獲取被改變的光強度。

特點：測定發射器與接收器之間線狀區域平均的感熱通量；是一種大尺度(一般可達5km)的通量觀測手段；對潛熱通量的測定存在一定的問題。

通量的分解測定(同位素技術)

發生同位素分餾作用後的同位素含量與發生分餾作用前的同位素含量之比定義為分餾係數。

某物質同位素的量等於該物質同位素比與該物質總量的乘積。

蒸散通量等於蒸發與蒸騰之和，蒸散的同位素通量等於蒸發同位素通量與蒸騰同位素通量之和。

水汽同位素的觀測方法：（1）傳統方法：野外通過冷阱裝置提取水汽樣，帶入實驗室，用同位素質譜儀分析；（2）原位連續測定技術——TDLAS：一種在野外進行原位的連續實施測定分析水汽同位素的儀器。

同位素觀測技術的新發展：

美國LGR公司生產的系列同位素分析儀器：該系統套用光腔衰盪光譜技術 (CRDS)。光腔衰盪光譜技術是近年來發展起來的一種全新的雷射吸收光譜技術，它變傳統吸收光譜中對光強絕對值的測量為對光強衰減時間的測量，從而避免了光強波動對測量結果的影響。通過光脈衝在諧振腔中的多次反射，可獲得極長的吸收程，大大提高了檢測靈敏度。採用連續光源的連續波光腔衰盪光譜更具有極高的光譜解析度和探測靈敏度。

特點：不需要參照標準樣品，可連續現場測量；測量得到的是同位素比率R。