通量觀測場

幾乎所有的通量觀測都是從確定觀測對象(生態系統)開始的，然後是尋找合適的森林、草地或農田觀測場所。觀測場所選擇是一個重要問題，它關係到所獲得數據的價值。觀測工作一旦開始，再移動觀測點就需要花費很大的物力和財力，也會浪費觀測研究的時間，因此觀測點的選擇確定必須慎重。

基本介紹

• 中文名：通量觀測場
• 外文名：Flux observation field
• 場地選擇：理想的場所是地形平坦、植被均質
• 高度選擇：根據冠層的高度和風浪區的大小
• 設計：2～3 m的簡易的三腳架式的桿
• 附屬設備：地線、防停電設備等

觀測場的選擇

幾乎所有的通量觀測都是從確定觀測對象(生態系統)開始的，然後是尋找合適的森林、草地或農田觀測場所。觀測場所選擇是一個重要問題，它關係到所獲得數據的價值。觀測工作一旦開始，再移動觀測點就需要花費很大的物力和財力，也會浪費觀測研究的時間，因此觀測點的選擇確定必須慎重。

通量觀測理想的場所是地形平坦、植被均質分布的下墊面。雖然傾斜坡地和起伏較大的複雜地形上的通量觀測也是非常重要的研究課題，但應儘可能尋找符合理想條件的觀測場所。在站點選擇時，可以利用待選觀測點(或地域)以往的氣象資料調査分析盛行風的季節變化。設定觀測塔的場所選擇要求在生物活動的活躍時期，儘可能在上風側具有長的風浪區(fetch)。在風的狀況不明時，可以選擇儘可能大的平坦植被斑塊，在其中央附近建立觀測塔。同時還要考慮道路和商用電源的利用條件，過於遠離可以駛人汽車的道路，不但在設備安裝、維護和檢修方面都花費大量勞力，也給長期的觀測工作帶來諸多不便，難以保證觀測數據的質量。

觀測高度的確定

觀測高度要根據冠層的高度和風浪區的大小來決定。感測器離開冠層高度越高，影響到觀測結果的上風側的地表面積就會越大，因此需要更長的風浪區。為了提高通量觀測的空間代表性，在能夠滿足風浪區要求的前提下，儘可能地提高觀測高度是比較好的。應儘可能避免在冠層附近觀測，這一點對森林生態系統的觀測特別重要。原因是森林粗糙度大，與草地相比對通量影響的面積狹長，如果不能正確確定觀測高度，所觀測的結果可能僅僅是測點附近的特異通量值。

在決定觀測高度的上限時，過去一般多採用風浪區與觀測高度(離冠層平均高度的距離)的比作為指標。一般希望這個比值在3%以下。最近，通量貢獻區(footprint)分析方法得到了套用，據此已經可以大致地評價通量觀測結果的空1司代表性。所謂通量貢獻區是表示上風向的地表面對觀測通量結果貢獻的權重係數，可用無限大的上風吹走距離積分表示，則其最大值為1。因此設定幾個參數，事前計算通量貢獻區，就可以作為決定觀測高度時的重要參考。

觀測塔的設計

草地和水田的觀測多使用高度為2～3 m的簡易的三腳架式的桿，而森林需要建立10～50 m的觀測塔。觀測塔大致區分為三角結構和以腳手架構成的矩形結構，分別有拉線式和自立式，其中拉線式的比較經濟。三角型觀測塔，一般使用耐腐蝕的鍍鋅鋼材，利用塔本身的結構材料作梯子，人工作業在塔的外側上下移動，而腳手架型觀測塔則使用設定在內側的階梯作為人工作業通道。

為了減少塔對通量觀測的影響，最好選擇斷面積小，風容易穿過(密閉度小)的結構。然而為了滿足觀測設備安裝和維護、校正等作業的需要，要在靠近觀測高度處設定腳手架(階梯)。若考慮器材搬運和安全性，則內側有階梯的觀測塔更為便利。另外，建設塔時必須充分注意不能破壞周圍的植被，防止產生空隙林窗，也應注意林床的狀態，為了保護土壤和林床植物，最好設定木道。

設備的設定和附屬設備

在一個通量觀測塔上需要安裝許多觀測儀器，必須注意各種儀器間可能產生的相互影響，以最小限度地減小對通量感測器的影響，同時也要考慮不同系統間觀測數據相互校正和利用等對觀測高度的要求，在減少相互影響的前提下，儘可能保持梯度觀測與通量觀測高度的一致性。

在通量塔附近，需要搭建放置數據記錄器、數據採集、收藏工具和校正用的儲氣瓶等小屋或箱子，但搭建時必須注意不能擾亂觀測環境。如果設定在觀測塔的附近，觀測小屋的屋頂可能影響淨輻射、反射率或能量通量。另外，小屋作為分析儀器的工作間時，要將溫度和濕度調節在機器能夠正常工作的範圍內，可以利用隔絕輻射和通風換氣以防止高溫影響，利用絕熱設備以防止低溫影響。在進行換氣時，換氣口上應安裝防蟲網，若電力供給充裕也可以考慮利用冷卻器(cooler)和加熱器(heater)。在氣溫日較差大，收藏箱內的相對濕度增高的情況下，需要採取防止結露的措施(如利用除濕劑等)。

在安裝儀器時就必須考慮防止雷擊的問題。雖然不可能防止落雷，但可以將落雷產生的危害控制到最小。因為雷具有容易落在比周圍高的尖端物體上的特性，因此觀測塔很容易受到雷擊。雷的危害有直擊雷和誘導雷兩種。直擊雷就是雷直接落在觀測塔等物體上，產生10～100 kA的電流。直擊雷產生的危害荏大，成為火災的原因之一。而誘導雷是伴隨直擊雷流動的大電流產生非常強的電磁場在附近信號線和電源線發生瞬間的高壓電流的現象。由於脈衝電流使電氣儀器受到絕緣被破壞，功能停止、劣化等危害。為了避免或減輕雷擊的危害，最有效的手段就是安裝避雷針。在塔的頂端安裝避雷針，

使用電阻小的地線接地。另外，安裝避雷器(arrester)也有效果，將伴隨落雷產生的大電流經地線向大地放電。再者，為了使接地電阻變小，地線的安裝需要考慮如何使其與土壤的接觸面積變大等辦法。

通量塔的供電要儘可能地採用商用電源(AC)。隨著觀測技術的進步和研究工作的發展，觀測系統的電器的數量會不斷地增加，因此對電容量的設計應留有充分的餘地。在森林內配線，最好將電源線放進保護管內埋設在地下，或者鋪設在地上，以避免倒木或落枝損傷和切斷。為防止停電和電壓不穩，應準備好備用電源、儲蓄電和穩壓設備。

在偏遠地方無商用電源時，可考慮使用專用發電機和太陽能電池。在利用發電機時，為了避免排氣中的高濃度CO2對通量觀測的影響，應該慎重地考慮風向和地形，在離塔足夠遠的地方安裝發電機。最好要準備備用發電機和蓄電池，以便在檢査維護作業和發生故障時應急使用。若利用太陽能系統，必須有發電用的太陽能電池和充電用的蓄電池。在白天晴朗的時間段里發電，其發電量超過觀測系統的耗電量，將剩餘的電量用於充電。充電的電量，用於夜間和白天發電量少的時間段的消耗。為了防止過分充電和過分放電引起蓄電池性能的劣化，應使用充電控制器。另外，在高寒地域或多雨地區經常會因為太陽能發電不足影響觀測，對此應給予充分的注意。