闭路涡动协方差采集系统 Eddy2311f

Eddy2311f闭路涡动协方差采集系统

1.概述

涡动相关方法(或涡动协方差方法, 简称 EC) , 是一种微气象学测量方法, 它可以直接测量生物圈与大气圈之间的湍流交换通量, 已成为当前地气交换研究中*先进和*选的通量观测方法。EC通过测量三维风速、温度、水汽和二氧化碳浓度等的快速变化, 由计算水平风速分量或某一标量浓度与垂直风速的协方差得到湍流输送量。

Eddy2311f 闭路式通量观测系统是一款高性能、高可靠性的科研级闭路涡动相关通量观测系统，可用于大气与生态系统之间的二氧化碳、水汽、热量和动量交换的长期监测。

2.系统组成

Eddy2311f 闭路涡动协方差采集系统是由Eddy2311f闭路气体分析仪、三维超声风传感器、空气温湿度传感器、大气压力传感器、降雨传感器、DR-805数据采集器以及其他配件组成，系统高度集成，系统可通过编程控制实现水汽及二氧化碳气体的自动零点标定和跨度标定，真正做到免维护系统自动运行，大大减少了用户的维护成本，能够为用户提供“交钥匙”系统，极大得方便了用户的使用。

3.产品特点

l  数据准：腔室内同步测量的二氧化碳和水汽混合比，样品腔室温度和压力，以及三维风速和超声虚温，输出更加准确的数据；

l  坚实耐用：适用于野外各种恶劣环境，操作简单、维护方便，免维护周期180天

l  抗雨性强：创新的内部信号处理算法和探头防雨网大幅度地改善了三维超声风速仪在降水事件期间的测量性能；

l  进气管配有加热器，防止水汽冷凝

l  *理想的微气象测量方法，原理上不基于任何假设，无需经验参数，计算方法有完善的理论论证

l  连续观测CO2、H2O通量和环境要素，评价不同时间尺度的碳水通量特征及其环境响应

l  系统集成度高，包含所需各种仪器及配件

l  频率响应性能优异

l  低功耗，支持多种供电方式

4.工作原理及分析仪优势

系统实际运行中，超声风速仪高频响应三维风速（Ux、Uy、Uz）和虚温（Ts），CO2/H2O 分析仪高频响应 CO2 和 H2O，数据采集器实时采集这些变量数据，并对其做同步处理，之后在线计算得到感热通量、潜热（水汽）通量、CO2 通量、动量通量及摩擦风速，以及这些数据所需的协方差/均值等，并将计算结果保存在数据采集单元，与此同时各种高频变量的原始数据也会保存在数据采集单元中，用户可以对这些原始数据进行后期处理（分析和插补），从而获得理想通量数据。

Eddy2311f优势：光腔衰荡光谱技术能够在高精度和 10 Hz 通量模式下，以 ppb 级灵敏度来测量 CO2和水汽。在通量模式下，分析仪以 10 Hz 测量并得出所有二种组分的浓度。

优异的长期稳定性：为确保长时间测量精度，即使是在恶劣环境下，Eddy2311f也能够凭借其精心的材料选择和精细的机械设计来实现精确的温度与压强控制。由于激光会在所有仪器中发生漂移，因此 Eddy2311f还使用一种高精度波长监控器来保持光谱位置。这款分析仪真正的独特之处在于分析仪不仅能够在低流量精度模式下操作，还能够在通量（快速流动）模式保持长期稳定性。

漂移问题：频繁的参比气体测量会浪费昂贵的校准用标准气体，同时还会耗用宝贵的数据测量时间。即使一小时内只用五分钟来进行气瓶测量都会导致每年有 30 天的时间丢失数据。由于仪器和温度漂移而须频繁进行的数据校正会耗用大量时间、引入误差，并增大出错的机会。这就是为什么我们会更专注，来确保每台仪器都符合低漂移标准。

通量模式：将风速计经由 RS232 而直接插入到至Eddy2311f分析仪中可以简化仪器设置和数据分析过程，使我们的分析仪自动同步并将数据实时整合至一个文件中。为了能够通过风速计来集成相对湿度等其它传感器，分析仪提供了*多四列额外的数据。标准的分析仪还包括更高精度 CO2 通量模式，以便用于严苛的研究应用。

5.技术指标

观测塔的位置应尽可能选在自己所感兴趣且有代表性的生态系统当中，要求有足够长的上风距离（Fetch），可以先做风玫瑰图和足迹（Footprint）分析以确定一定观测高度上，不同稳定度条件、风速和风向下被测量通量的源区。一般来说，观测塔的位置应该选在观测区域内地形相对较为平坦的地方，以减少平流的影响。

在塔的建设、安装和运行期间，应该尽可能减少对周围环境、生态系统的影响，且观测塔应建立在受相邻生态系统干扰zui小的地点。

一般情况下经验值，风浪区(Fetch)是仪器安装高度的100倍，也就是说如果塔高2米，那么测得的大部分通量来自于塔至上风距离200米处的椭圆形区域；而在夜晚低风速、稳定条件下能达到安装高度的500倍。

通常情况下，仪器安装高度遵循以下原则：当冠层高度低于3米时，建议安装在冠层高度2倍以上、传感器路径长度的3至5倍以上、0.01倍上风距离以下，且至少高于冠层高度1.5米；当冠层高度大于3米时，建议安装在冠层上方3米左右、0.01倍上风距离以下。安装在常通量层，因为这一层通量不随高度增加而改变。

三维超声风探头应朝向主导风向，并注意尽量减少由于塔结构本身形成的流场阻挡或扭曲干扰的影响。三维超声传感器应保持水平(超声坐标系的Z轴保持在垂直方向)以减少风向变化带来的不确定性。对于分体式涡动，气体分析仪的探头应安装在距离三维超声传感器的水平10至20cm，下方垂直0至20cm(因为距离过近会导致自然气流的畸变从而影响通量的测量)；当仪器架在15米以上时，水平距离和垂直距离可以增大到30至50cm。

7.安装案例