CN1361425A - 森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法 - Google Patents

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韩士杰
周联
张军辉
周乐义
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Abstract

一种森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法,具体:超声测风速温度:至少5台测温仪分别安在森林林冠之上、表、中、下及地表,测三维风速和脉动温度,由计算机控制测风温仪进行同步数据采集;物质廓线测定系统:气体采集器气管位置与测风、温传感器等高,由CO2/H2O分析器自动采集不同高度气体样品并自动进行气体浓度分析,相邻气体测点的采气时间间隔及每个测点CO2/H2O平均浓度由计算机控制;测风温系统与物质浓度测定系统联动。它能多参数同步观测、细致描述森林与大气耦合作用机制。

Description

森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法
本发明涉及生态观测技术，具体地说是一种用于研究森林/大气相互作用的森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法。
森林/大气相互作用机制一直是生物(理)学家与气象学家们携手攻克的主题，业已产生诸多的理论模型与观测技术，就观测技术本身，目前普遍采用的涡动相关技术被认为是研究森林/大气相互作用的最佳方法。
涡动相关技术的出发点是建立在常通量基础之上的，通过与裸地对照比较评价森林/大气间的作用过程。然而，鉴于森林的生物(理)学特征，森林与大气的作用结果是沿森林的竖直剖面上各参数廓线(诸如风、温、水分、CO2等)的动态规律变化万千，简单的涡动相关技术难以获取有关森林与大气耦合作用的详细信息。
本发明的目的是提供一种能够进行多参数同步观测、细致描述森林与大气耦合作用机制的森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法。
本发明的任务是：采用超声测风、温复合系统与物质浓度梯度采集系统的同步联动监测方式，具体为
a.超声测风速、温度：至少5台测温仪分别安置在森林林冠之上、冠表、冠中、冠下及地表，用以测量三维风速和脉动温度，由计算机控制所述测风温仪进行同步数据采集，各测风、温仪之间的同步性由计算机软件执行；
b.物质廓线测定系统：气体采集器的气管或探头位置与测风、温传感器等高，由CO2/H2O分析器按时间顺序自动采集不同高度的气体样品并自动进行气体浓度的分析，相邻气体测点的采气时间间隔即步长及每个测点CO2/H2O平均浓度由计算机软件执行；其中，亦可根据需要进行人工气体采集，方法为负压法；
c.测风温系统与物质浓度测定系统的联动：由计算机软件完成，它能够保证各参数在各测点如下几方面的同步：
(1)不同测风、温仪间的同步，采样频率为0.5-20次/秒；
(2)全部测点完成一次气体采样与分析所需最少时间1min；
(3)每个测点各参数的同步。
风、温复合系统采样频度0.5～20次/秒；步骤a中所述同步数据采集方式为由计算机控制自动采集、光盘刻录，同步测定时间步长可调，或手工操作；步骤b中所述负压方法为气体流量计、抽气泵、通气栓和负压引流器构成，通过按高度计算采气流量后，由抽气泵将各采气管道的死空气去掉后，同步开启通气栓控制负压引流器完成各气体样品的采集；CO2/H2O分析仪气体样品采集并行口可大于超声测风、温仪器数；分析仪并行口的切换由计算机软件完成。
本发明具有如下优点：
本发明能够提供森林生态系统的三维风速廓线、脉动温度廓线、CO2/H2O廓线及CO2/H2O通量测定，并解决了这些参数的同步测定。
图1为本发明一个实施例的同步框图。
图2为本发明森林生态系统CO2廓线同步监测图。
图3为本发明森林生态系统水蒸汽廓线同步监测图。
图4为本发明森林生态系统水平风向风速(实线)与风向分布概率(虚线)监测图(40米高度)。
图5为本发明森林生态系统水平风向风速(实线)与风向分布概率(虚线)监测图(32米高度)。
图6为本发明森林生态系统水平风向风速(实线)与风向分布概率(虚线)监测图(26米高度)。
图7为本发明森林生态系统水平风向风速(实线)与风向分布概率(虚线)监测图(22米高度)。
图8为本发明森林生态系统水平风向风速(实线)与风向分布概率(虚线)监测图(16米高度)。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1～8所示，本发明采用超声测风、温复合系统与物质浓度梯度采集系统的同步联动监测方式，具体为：
a.超声测风、温系统：5台测风温仪分别安置在森林林冠之上、林冠表面、林冠之中、林冠下及地表，用以测量三维风速和脉动温度。系统设计采样频度0.5次/秒；各测风温仪之间的同步数据采集方式为由计算机控制自动采集、光盘刻录，同步测定时间步长可调。
b.物质廓线测定系统：气体采集器(气管或探头)位置与所述测风温仪的测风、温传感器等高，由CO2/H2O分析器按时间顺序自动采集不同高度的气体样品并自动进行气体浓度的分析，相邻气体测点的采气时间间隔(即步长)及每个测点CO2/H2O平均浓度由计算机软件执行。其中，亦可根据需要进行人工气体的同步采集，方法为负压法。负压方法为气体流量计、一台抽气泵、一个通气栓和负压引流器构成。通过抽气泵将各采气管道的死空气去掉后，调整流量计，同步开启通气栓由负压引流器完成各气体样品的同步采集。
c.测风温系统与物质浓度测定系统的联动：由计算机软件完成，它能够保证各参数在各测点如下几方面的同步：
(1)不同测风、温仪间的同步，采样频率为0.5次/秒；
(2)全部测点完成一次气体采样与分析所需最少时间1min；
(3)每个测点各参数的同步。
d.方法特点：样本自动采集，自动分析，数据光盘刻录；各参数同步观测的时间步长可调。
实施例2
与实施例1不同之处在于：不同测风、温仪间的同步，采样频率为20次/秒，系统设计采样频度20次/秒。
实施例3与实施例1不同之处在于：不同测风、温仪间的同步，采样频率为10次/秒，系统设计采样频度10次/秒。

Claims (5)

1.一种森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法，其特征在于：采用超声测风、温复合系统与物质浓度梯度采集系统的同步联动监测方式，具体为
a.超声测风速、温度：至少5台测温仪分别安置在森林林冠之上、冠表、冠中、冠下及地表，用以测量三维风速和脉动温度，由计算机控制所述测风温仪进行同步数据采集，各测风、温仪之间的同步性由计算机软件执行；
b.物质廓线测定系统：气体采集器的气管或探头位置与测风、温传感器等高，由CO2/H2O分析器按时间顺序自动采集不同高度的气体样品并自动进行气体浓度的分析，相邻气体测点的采气时间间隔即步长及每个测点CO2/H2O平均浓度由计算机软件执行；其中，亦可根据需要进行人工气体采集，方法为负压法；
c.测风温系统与物质浓度测定系统的联动：由计算机软件完成，它能够保证各参数在各测点如下几方面的同步：
(1)不同测风、温仪间的同步，采样频率为0.5-20次/秒；
(2)全部测点完成一次气体采样与分析所需最少时间1min；
(3)每个测点各参数的同步。
2.按照权利要求1所述森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法，其特征在于：风、温复合系统采样频度0.5～20次/秒。
3.按照权利要求1所述森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法，其特征在于：步骤a中所述同步数据采集方式为由计算机控制自动采集、光盘刻录，同步测定时间步长可调，或手工操作。
4.按照权利要求1所述森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法，其特征在于：步骤b中所述负压方法为气体流量计、抽气泵、通气栓和负压引流器构成，通过按高度计算采气流量后，由抽气泵将各采气管道的死空气去掉后，同步开启通气栓控制负压引流器完成各气体样品的采集。
5.按照权利要求1所述森林生态多参数同步梯度样品采集与数据分析方法，其特征在于：CO2/H2O分析仪气体样品采集并行口可大于超声测风、温仪器数；分析仪并行口的切换由计算机软件完成。
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