JP3420376B2 - ガスフラックス測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガス、メタンガ
ス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスのガスフラックス
を測定するガスフラックス測定装置に関し、特に、これ
らのガスをサンプリング配管を介してエアバッグにサン
プリングするとともに、ガスフラックスを測定可能であ
り、更に、サンプリングするガスが二酸化炭素や水蒸気
の場合には植物群落の光合成呼吸速度や蒸発散速度を測
定可能であるガスフラックス測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】野外でガスフラックスを測定する方法と
して、（ａ）チャンバ法、（ｂ）空気力学的方法、
（ｃ）渦相関法などが知られている。これらの各測定法
を用いた従来のガスフラックス測定装置の概略以下に説
明する。

【０００３】図４はチャンバ法を用いた従来のガスフラ
ックス測定装置を説明するための概略系統図であり、図
５は空気力学的方法を用いた従来のガスフラックス測定
装置を説明するための概略系統図であり、図６は渦相関
法を用いた従来のガスフラックス測定装置を説明するた
めの概略系統図である。

【０００４】チャンバ法を用いた従来のガスフラックス
測定装置には、閉鎖式と開放式の２種類がある。

【０００５】閉鎖式チャンバ法を用いた従来のガスフラ
ックス測定装置は、地表面にチャンバをかぶせてチャン
バ内の濃度を測定し、チャンバの容積Ｖとチャンバ内の
ガス濃度の変化速度ｄＣ／ｄｔ、および係数ｋからガス
放出速度Ｆｇ＝ｋ・Ｖ・ｄＣ／ｄｔを求めるものであっ
た。

【０００６】開放式チャンバ法を用いた従来のガスフラ
ックス測定装置は、地表面にチャンバをかぶせてチャン
バに一定量の空気を通気し、通気流量Ｑとチャンバ入口
出口の濃度差△Ｃ＝Ｃｉｎ−Ｃｏｕｔ、および係数ｋか
らガス放出速度Ｆｇ＝ｋ・Ｑ・△Ｃを求めるものであっ
た。

【０００７】空気力学的方法（傾度法とも呼ばれる）を
用いた従来のガスフラックス測定装置は、高さの異なる
２点間の濃度差△Ｃ＝Ｃｚｌ−Ｃｚ２の平均値と高さ方
向の風速分布から求めたｚｌとｚ２の間の交換速度Ｄ１
−２からガスフラックスＦｇ＝Ｄ１−２・△Ｃを計算す
るものであった。

【０００８】渦相関法を用いた従来のガスフラックス測
定装置は、風速の鉛直成分の標準偏差σｗとガス濃度の
変動の標準偏差σＣからガスフラックスＦｇ＝σｗ・σ
Ｃを求めるものであった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のガスフラッ
クス測定装置においては、サンプリング配管が１本でエ
アポンプの後の電磁弁で上昇流用、下降流用に分離して
いたため、配管の輸送遅れに相当する時間だけ電磁弁の
ＯＮ／ＯＦＦタイミングを遅延させる遅延回路が必要で
あり、サンプリング配管中の流速分布が不均一のために
混合がおこるという問題点があった。

【００１０】また、エアポンプの後の電磁弁でガスを上
昇流用、下降流用に分離しており、風速がゼロに近く、
また上下どちらでもないときは、専用の電磁弁を設けて
空気を捨てていたので、空気を捨てるための電磁弁が必
要になり、サンプリング誤差が大きくなるという問題点
があった。

【００１１】チャンバ法を用いた従来のガスフラックス
測定装置には、地表面から放出されるガスを確実に補足
できる利点がある反面、チャンバをかぶせることによる
ガス環境の変化がガスフラックスに影響を及ぼすという
問題点があった。

【００１２】空気力学的方法を用いた従来のガスフラッ
クス測定装置は、安定したある広さの空気層（測定高度
の５０〜１００倍の距離）が必要であるという問題点が
あった。

【００１３】渦相関法を用いた従来のガスフラックス測
定装置は、測定精度が良いとされているが、速い（約５
〜１０Ｈｚの）応答速度のガス分析計が必要であるとい
う問題点があった。

【００１４】また、別途高速応答型のガス分析計を用い
た渦相関法による実験結果から実験係数を決める場合、
装置毎に、または測定場所もしくは条件毎に実験係数を
決定する必要があるので、決定に非常に手数がかかり、
また決定された実験係数が常に固定であるためガスフラ
ックスの測定精度が低いという問題点があった。

【００１５】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、簡単な構成でサンプリング配管に
よる輸送遅れや混合を防ぎ高い分離性能を有しかつ測定
誤差の少ないガスフラックスの測定が可能な、実験係数
を簡単かつ精度よく随時補正したガスフラックスの測定
が可能な、また実験係数を用いることなく高精度のガス
フラックスの測定が可能な、ガスフラックス測定装置を
提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの要旨とするところは、以下の３項に存する。

【００１７】［１］項 森林、草原、湿地から放出され
る炭酸ガス、メタンガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等の
ガスをサンプリング配管（２１）に連接されたエアバッ
グ（２５，２６）を介して取込むとともに、これらのガ
スのガスフラックス（Ｆｇ）を測定するガスフラックス
測定装置において、風速の鉛直成分（ｗ）を測定する上
下方向風速検知手段（３６）と、前記エアバッグ（２
５，２６）毎に前記サンプリング配管（２２，２３）が
個別に設けられ、当該サンプリング配管（２２，２３）
の出口（２１ａ，２１ｂ）と当該エアバッグ（２５，２
６）の入口（２４ａ，２６ａ）との間に高速応答性に優
れた前記３方リードバルブ（３４，３５）が連設される
とともに、当該３方リードバルブ（３４，３５）の吐出
口（３０ａ，３０ｂ）が当該エアバッグ（２５，２６）
の出口（２４ｂ，２６ｂ）に接続され、前記３方リード
バルブ（３４，３５）を所定の方向に切換えることによ
り、前記サンプリング配管（２２，２３）を介して、前
記上下方向風速検知手段（３６）の風速測定箇所（３６
ａ）付近の前記ガスを前記風速の鉛直成分（ｗ）の値に
応じた上昇流または下降流をサンプリング可能なガスサ
ンプリング手段（２０）と、サンプリングされたガスの
成分の濃度平均値の差（△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）、Ｃ
ｕｐ：上昇流のガス成分の濃度平均値、Ｃｄｎ：下降流
のガス成分の濃度平均値）を求めるためのガス分析計
（３８）と、前記濃度平均値の差（△Ｃ）、前記風速の
標準偏差（σｗ）に基づいて、前記ガスフラックス（Ｆ
ｇ）を計算をするためのガスフラックス算出手段（４
０）と、を備えて成り、前記風速の鉛直成分（ｗ）に基
づく所定のサイクルタイムで当該３方リードバルブ（３
４，３５）を時分割比例制御をすることにより、前記ガ
スフラックス（Ｆｇ）を計算する、ことを特徴とするガ
スフラックス測定装置（１０）。

【００１８】［２］項 前記３方リードバルブ（３４，
３５）に代えて、前記サンプリング配管（２２，２３）
の出口（２１ａ，２１ｂ）と前記エアバッグ（２５，２
６）の入口（２４ａ，２６ａ）との間に高速応答性に優
れた２方リードバルブ（４８，５０）が連設され、前記
風速の鉛直成分（ｗ）に基づく所定のサイクルタイムで
当該２方リードバルブ（４８，５０）を時分割比例制御
をすることにより、前記ガスフラックス（Ｆｇ）を計算
する、ことを特徴とする［１］項に記載のガスフラック
ス測定装置（１０）。

【００１９】［３］項 前記３方リードバルブ（３４，
３５）に代えて、前記サンプリング配管（２２，２３）
の出口（２１ａ，２１ｂ）と前記エアバッグ（２５，２
６）の入口（２４ａ，２６ａ）との間に開度比例応答性
に優れたマスフローコントローラ（５２，５４）が連設
され、前記風速の鉛直成分（ｗ）に基づく所定のサイク
ルタイムで当該マスフローコントローラ（５２，５４）
を比例制御をすることにより、前記ガスフラックス（Ｆ
ｇ）を計算する、ことを特徴とする［１］項に記載のガ
スフラックス測定装置（１０）。

【００２０】

【作用】本発明におけるガスフラックス測定装置（１
０）は、森林、草原、湿地から放出される炭酸ガス、メ
タンガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサンプリ
ング配管（２２，２３）を介してエアバッグ（２５，２
６）に取込むとともに、これらのガスのガスフラックス
（Ｆｇ）を測定する。

【００２１】上下方向風速検知手段（３６）は風速の鉛
直成分（ｗ）を測定することができる。風速の鉛直成分
（ｗ）の値によって上昇流３方リードバルブ（３５）、
または下降流３方リードバルブ（３４）の一方を選択的
にＯＮ（開）制御可能である。

【００２２】ガスサンプリング手段（２０）は、エアバ
ッグ（２５，２６）毎にサンプリング配管（２２，２
３）が個別に設けられ、当該サンプリング配管（２２，
２３）の出口（２１ａ，２１ｂ）と当該エアバッグ（２
５，２６）の入口（２４ａ，２６ａ）との間に３方リー
ドバルブ（３４，３５）が連設されるとともに、当該３
方リードバルブ（３４，３５）の吐出口（３０ａ，３０
ｂ）が当該エアバッグ（２５，２６）の出口（２４ｂ，
２６ｂ）に接続され、３方リードバルブ（３４，３５）
を所定の方向に切換えることにより、サンプリング配管
（２２，２３）を介して、上下方向風速検知手段（３
６）の風速測定箇所（３６ａ）付近のガスを風速の鉛直
成分（ｗ）の値に応じた上昇流または下降流を上昇流用
エアバッグ（２５）または下降流用エアバッグ（２６）
内にサンプリング可能である。

【００２３】これにより、上昇流用サンプリング配管
（２２）および下降流用サンプリング配管（２３）を用
いて、各々のサンプリング配管の出口（２１ａ）から上
昇流空気、下降流空気を各々分離して取込むことが可能
となり、遅延回路が不要になり、流速分布が不均一のた
めに発生すると考えられる混合の問題が解消されて完全
な分離が可能となり、またサンプリング配管（２２，２
３）のチューブも細いものを用いることができる。

【００２４】ガス分析計（３８）は、サンプリングされ
たガスの成分の濃度平均値の差（△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄ
ｎ）、Ｃｕｐ：上昇流のガス成分の濃度平均値、Ｃｄ
ｎ：下降流のガス成分の濃度平均値）を求めることがで
きる。

【００２５】ガスフラックス算出手段（４０）は、ガス
の成分の濃度平均値の差（△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）、
Ｃｕｐ：上昇流のガス成分の濃度平均値、Ｃｄｎ：下降
流のガス成分の濃度平均値）、風速の標準偏差（σｗ）
に基づいて、ガスフラックス（Ｆｇ）を計算をすること
ができる。

【００２６】気温変動検出手段（４２）は、上昇流の風
速の鉛直成分（ｗ）および下降流の風速の鉛直成分
（ｗ）に対して風速測定部分の気温平均値（ｔｕｐ、ｔ
ｄｎ）を各々個別に測定することができる。

【００２７】ガスフラックス算出手段（４０）は、風速
の標準偏差（σｗ）と気温変動の標準偏差（σｔ）から
顕熱フラックス（Ｆｑａ）を算出し、上昇流の気温平均
値（ｔｕｐ）と下降流の気温平均値（ｔｄｎ）との差
（△ｔ＝ｔｕｐ−ｔｄｎ）に基づいて気温平均値を算出
し顕熱フラックス（Ｆｑａ）と気温平均値と風速の標準
偏差（σｗ）とを演算して、実験計数（ｂ）（ただしｂ
は定数、＝Ｆｑａ／（σｗ・△ｔ））を随時算出すると
ともに、実験計数（ｂ）に基づいてガスフラックス（Ｆ
ｇ）を計算をすることができる。

【００２８】これにより、上下方向風速検知手段（３
６）の気温変動を測定するための気温変動検出手段（４
２）を設けるとともに、渦相関法による顕熱フラックス
（Ｆｑａ）と、風速の標準偏差σｗと風速の鉛直成分ｗ
の上下方向別に計算した気温平均値の差△ｔ（＝ｔｕｐ
−ｔｄｎ）を掛けた値から実験係数（ｂ）を計算するよ
うにしたので、測定状況に応じた実験係数（ｂ）を適時
決定することができ、またガスフラックス（Ｆｇ）の測
定精度の向上を図ることができる。

【００２９】また、本発明におけるガスフラックス測定
装置（１０）は、３方リードバルブ（３４，３５）に代
えて、サンプリング配管（２２，２３）の出口（２１
ａ，２１ｂ）とエアバッグ（２５，２６）の入口（２４
ａ，２６ａ）との間に連接された高速応答性に優れた２
方リードバルブ（４８，５０）を用い、風速の鉛直成分
（ｗ）に基づく所定のサイクルタイムで当該２方リード
バルブ（４８，５０）を時分割比例制御をすることによ
り、ガスフラックス（Ｆｇ）を計算することも可能であ
る。

【００３０】つまり、高速応答性に優れた３方リードバ
ルブ（３４，３５）または２方リードバルブ（４８，５
０）に対して風速の鉛直成分（ｗ）に比例した時分割比
例制御を実行することによって、定流量サンプリングで
みられるような低風速域でのサンプリング誤差を低減で
き、また実験係数（ｂ）の値がほぼ１に近くなるため実
験係数（ｂ）を計算しないですむことも可能である。こ
のため、実験係数（ｂ）の誤差や、熱電対（３９）の不
具合等による誤差が低減でき、測定の信頼性や精度を向
上させることができる。

【００３１】さらに、本発明におけるガスフラックス測
定装置（１０）は、３方リードバルブ（３４，３５）に
代えて、サンプリング配管（２２，２３）の出口（２１
ａ，２１ｂ）とエアバッグ（２５，２６）の入口（２４
ａ，２６ａ）との間に連接された開度比例応答性に優れ
たマスフローコントローラ（５２，５４）を用い、風速
の鉛直成分（ｗ）に基づく所定のサイクルタイムで当該
マスフローコントローラ（５２，５４）を比例制御をす
ることにより、ガスフラックス（Ｆｇ）を計算する。

【００３２】つまり、比例応答可能なマスフローコント
ローラ（５２，５４）に対して風速の鉛直成分（ｗ）に
比例した比例制御を実行することによって、定流量サン
プリングでみられるような低風速域でのサンプリング誤
差を低減でき、また実験係数（ｂ）の値がほぼ１に近く
なるため実験係数（ｂ）を計算しないですむことも可能
である。このため、実験係数（ｂ）の誤差や、熱電対
（３９）の不具合等による誤差が低減でき、測定の信頼
性や精度を向上させることができる。

【００３３】以上説明したように本発明によれば、簡単
な構成でサンプリング配管（２２，２３）による輸送遅
れや混合を防ぎ高い分離性能を有しかつ測定誤差の少な
いガスフラックス（Ｆｇ）の測定が可能な、実験係数
（ｂ）を簡単かつ精度よく随時補正したガスフラックス
（Ｆｇ）の測定が可能な、また実験係数（ｂ）を用いる
ことなく高精度のガスフラックス（Ｆｇ）の測定が可能
な、ガスフラックス測定装置（１０）を実現できる。

【００３４】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の各種実施例を説
明する。なお、各種実施例につき同種の部位には同一符
号を付し、重複した説明を省略する。

【００３５】以下、図面に基づき本発明の第一実施例で
あるガスフラックス測定装置１０を説明する。図１
（ａ）は本発明に係る第一実施例を説明するための概略
系統図であり、図１（ｂ）は本発明に係る第一実施例に
用いられる３方リードバルブの時間比例制御を説明する
ためのグラフである。

【００３６】本実施例のガスフラックス測定装置１０
は、森林、草原、湿地から放出される炭酸ガス、メタン
ガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサンプリング
配管２２，２３を介してエアバッグ２５，２６に取込む
とともに、これらのガスのガスフラックスＦｇを測定す
るものであって、図１（ａ）に示すように、ガスサンプ
リング手段２０と上下方向風速検知手段３６とガス分析
計３８とガスフラックス算出手段４０とコントロール回
路４５を備えて成る。

【００３７】ガスサンプリング手段２０においては、図
１（ａ）に示すように、エアバッグ２５，２６毎にサン
プリング配管２２，２３が個別に設けられ、当該サンプ
リング配管２２，２３の出口２１ａ，２１ｂと当該エア
バッグ２５，２６の入口２４ａ，２６ａとの間に高速応
答性に優れた３方リードバルブ３４，３５が連設される
とともに、当該３方リードバルブ３４，３５の吐出口３
０ａ，３０ｂが当該エアバッグ２５，２６の出口２４
ｂ，２６ｂに接続されて成る。

【００３８】本実施例の３方リードバルブ３４，３５
は、リードリレーと同様に磁性を有するリード片をコイ
ルの中に入れたもので、リード片がバルブの働きをする
ように構成されている。可動部が小さく構造が簡単なた
め、高速応答（数ｍｓ程度の応答速度）が可能でかつ長
寿命である。一般のリードバルブでは数ｍｓオーダの応
答速度は得られず応答のはやい時分割比例制御は不可能
である。

【００３９】また、３方リードバルブ３４，３５はオリ
フィス径を大きくすることができないため大流量のもの
は製作できないが、本実施例においてはサンプル流量を
微量にすることによりはじめて３方リードバルブ３４，
３５の適用が可能となったものである。

【００４０】３方リードバルブ３４，３５の時間比例制
御を実行する本実施例のガスサンプリング手段２０は、
図１（ｂ）に示すように、上昇流用の場合は、風速０ｍ
／ｓを０％とし、風速の鉛直成分ｗの最大値に近いと考
えられる３ｍ／ｓ程度を１００％とし、風速ｗに比例し
てサイクルタイム３４ａ（本実施例では、２００ｍｓ）
の中のＯＮ時間を変化させるものである。下降流用の場
合は同様に、風速０ｍ／ｓを０％とし、−３ｍ／ｓ程度
が１００％となるようにする。３方リードバルブ３４，
３５は電圧−パルス変換回路やコンピュータのディジタ
ル出力で制御するものである。

【００４１】本実施例のガスサンプリング手段２０にお
いては、上昇流用サンプリング配管２２の出口２１ａと
上昇流用エアバッグ２５の入口２５ａとの間に上昇流用
３方リードバルブ３５および上昇流用エアポンプ４４を
この順番で直列に設けるとともに、上昇流用３方リード
バルブ３５の吐出口３０ａを上昇流用３方リードバルブ
３５の出口２４ｂに接続している。

【００４２】同様に、下降流用サンプリング配管２３の
出口２１ｂと下降流用エアバッグ２６の入口２６ａとの
間に下降流用３方リードバルブ３４および下降流用エア
ポンプ４６をこの順番で直列に設けるとともに、下降流
用３方リードバルブ３４の吐出口３０ｂを下降流用３方
リードバルブ３４の出口２６ｂに接続している。

【００４３】なお、図１（ｂ）に示すように、ガス分析
をオフラインで行なう場合は、多数のエアバッグ２５，
２６を並列に準備し、ガス流路切り替えスイッチロータ
リーフルードスイッチを設け、所定時間毎（例えば、例
えば、３０分サンプルし、３０分停止させる）にガス流
路を切り替えることにより、日変化を測定することも可
能である。また、ガス分析をオンラインで行なう場合
は、エアバッグ２５，２６の出口の空気をガス分析計３
８に導入すればよい。また、オフラインの場合は、エア
バッグ２５，２６に小容量のものを用いることが出来る
し、さらに、省略することも可能である。

【００４４】本実施例の上昇流用サンプリング配管２２
および下降流用サンプリング配管２３としては、内径４
φ以下、外形６φ以下の従来より細いフッ素樹脂管を使
用することができる。

【００４５】エアポンプ４４，４６としては、一般にダ
イアフラム式エアポンプが使用されているが、本実施例
ではサンプル流量が微量であり細いチューブが使用でき
るため、小形のダイアフラム式エアポンプやローラーチ
ューブ式のポンプが使用できる。

【００４６】上下方向風速検知手段３６は、風速の鉛直
成分ｗを測定し、測定した風速の鉛直成分ｗをガスフラ
ックス算出手段４０とコントロール回路４５とに伝達す
るように接続されて成る。

【００４７】本実施例の上下方向風速検知手段３６は、
上下方向の風速を検知する風速の鉛直成分ｗを測定する
手段であって、通常、防水形の超音波または音波風速計
の一対の送受信部を上下方向地表面に対して鉛直方向に
設置して使用するものである。

【００４８】コントロール回路４５は、ガスサンプリン
グ手段２０の３方リードバルブ３５，３４を所定の方向
に切換えることにより、サンプリング配管２２，２３を
介して、上下方向風速検知手段３６の風速測定箇所３６
ａ付近のガスを風速の鉛直成分ｗの値に応じた上昇流ま
たは下降流をサンプリング可能なように、上下方向風速
検知手段３６とガスフラックス算出手段４０とに接続さ
れて成る。

【００４９】本実施例のコントロール回路４５は、超音
波風速計からの風速の鉛直成分ｗの測定信号を判別し、
上昇流用３方リードバルブ３５および下降流用３方リー
ドバルブ３４を時分割比例制御するものである。

【００５０】ガス分析計３８は、サンプリングされたガ
スの成分のガスの成分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの濃
度平均値の差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）を求めることが
できるように、上昇流用エアバッグ２５の出口２４ｂと
下降流用エアバッグ２６の出口２６ｂとに並列に接続さ
れている。

【００５１】本実施例のガス分析計３８としては、ガス
の成分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの濃度平均値の差△
Ｃを分析するために、赤外線ガス分析計やガスクロマト
グラフを用いることができる。

【００５２】ガスフラックス算出手段４０は、ガスの成
分の濃度平均値の差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）、風速の
標準偏差σｗに基づいて、ガスフラックスＦｇを計算を
するよう、ガス分析計３８と上下方向風速検知手段３６
とに接続されて成る。

【００５３】次に本発明の第一実施例の作用を説明す
る。本実施例におけるガスフラックス測定装置１０は、
風速の鉛直成分ｗに基づく所定のサイクルタイムで当該
３方リードバルブ３４，３５を時分割比例制御をするこ
とにより、森林、草原、湿地から放出される炭酸ガス、
メタンガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサンプ
リング配管２２，２３を介してエアバッグ２５，２６に
取込むとともに、これらのガスのガスフラックスＦｇを
計算することができる。

【００５４】上下方向風速検知手段３６に接続されたコ
ントロール回路４５は、風速の鉛直成分ｗを測定するこ
とができる。風速の鉛直成分ｗの値によって上昇流用３
方リードバルブ３５、または下降流用３方リードバルブ
３４の一方を選択的にＯＮ制御可能である。

【００５５】３方リードバルブ３４，３５の時間比例制
御は、風速０ｍ／ｓを０％とし、風速の鉛直成分ｗの最
大値に近いと考えられる３ｍ／ｓ程度を１００％とし、
風速ｗに比例してサイクルタイム３４ａ（本実施例で
は、２００ｍｓ）のなかのＯＮ時間を変化させるもので
あり、電圧−パルス幅変換回路やコンピュータのディジ
タル出力で制御可能である。サイクルタイム３４ａを本
実施例では、２００ｍｓ以下にすることにより、５Ｈｚ
程度の風速変動までサンプル流量の比例制御が追従する
ことができる。また、サイクルタイム３４ａを１００ｍ
ｓにすれば１０Ｈｚまで追従することができる。

【００５６】つまり、高速応答性に優れた３方リードバ
ルブ３４，３５に対して風速の鉛直成分ｗに比例した時
分割比例制御を実行することによって、定流量サンプリ
ングでみられるような低風速域でのサンプリング誤差を
低減でき、また実験係数ｂの値がほぼ１に近くなるため
実験係数ｂを計算しないですむことも可能である。この
ため、実験係数ｂの誤差や、熱電対３９の不具合等によ
る誤差が低減でき、測定の信頼性や精度を向上させるこ
とができる。

【００５７】本実施例の超音波または音波を用いた上下
方向風速検知手段３６は、ドップラー効果を利用したも
のであり、Ｓｏｎｉｃ Ａｎｅｍｏｍｅｔｅｒと呼ばれ
ている。

【００５８】２０ｃｍ程度の距離をおいて２対の超音波
送受信器を対向させて設置し、各々の超音波送信器から
各々超音波パルスを送信させ、当該超音波パルスを対向
配置された各々の超音波受信器で受信させ、空気中を超
音波パルスが伝送する時間の差と２対の超音波送受信器
間の距離とから風速を求めるものである。

【００５９】これにより、２対の超音波送受信器を鉛直
方向に設置することにより、風速の鉛直成分ｗを測定す
ることができる。なお、超音波送受信器が一体になった
ものを一対でもよいし、送信、受信が別になったものを
２対、対向させてもよい。また、ここで用いる超音波パ
ルスはいわゆる超音波でなく、可聴周波域の音波でも測
定は可能である。

【００６０】ガスサンプリング手段２０は、３方リード
バルブ３５，３４を所定の方向に切換えることにより、
サンプリング配管２２，２３を介して、上下方向風速検
知手段３６の風速測定箇所３６ａ付近のガスを風速の鉛
直成分ｗの値に応じた上昇流または下降流を上昇流用エ
アバッグ２５または下降流用エアバッグ２６内にサンプ
リング可能である。

【００６１】これにより、１本のサンプリング配管の場
合のように、輸送遅れ配管先端の空気取り込み口からリ
ードバルブのところまで空気が流れてくる時間に相当す
る分だけリードバルブの開閉タイミングを遅らせる遅延
回路が必要なくなり、配管中での流速分布の不均一性
（配管中心部を流れる空気の流速と配管壁面付近を流れ
る空気の流速の差があること）による混合もなくなるた
め、上昇流のサンプリングと下降流のサンプリングとの
完全な分離ができる。また、３方リードバルブの後にエ
アポンプを配したことにより、風速がゼロに近い上下ど
ちらでもないときに空気を捨てる為のリードバルブは不
要（両方のリードバルブがＯＦＦになるだけ）であり、
３方リードバルブ３５，３４の吐出口３０ａ，３０ｂと
エアバッグ２５，２６の出口２４ｂを接続したので、エ
アポンプ４４，４６の吸い込み側が極端な負圧となら
ず、周囲の空気を吸い込む恐れもない。さらに、流速分
布が不均一のために発生すると考えられる混合の問題が
解消されて完全な分離が可能となり、またサンプリング
配管２２，２３のチューブも細いものを用いることがで
きる。

【００６２】なお、配管系が気密でエアポンプ４４，４
６がバキュームに耐える場合は、３方リードバルブ３
５，３４でなく、２方リードバルブを用いてもよい。さ
らに、風速の鉛直成分ｗがゼロに近いときにでも上下方
向の空気の移動は考慮する必要があると考えられるの
で、限界値（則ち、ＯＮ−ＯＦＦのヒステリシス）は３
方リードバルブ３５，３４がノイズで誤動作しない程度
に小さくしている。

【００６３】ガス分析計３８は、サンプリングされたガ
スの成分の平均濃度Ｃｕｐ，Ｃｄｎの差△Ｃ（＝Ｃｕｐ
−Ｃｄｎ）を求めることができる。

【００６４】ガスフラックス算出手段４０は、ガスの成
分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃ
ｄｎ）、風速の標準偏差σｗに基づいて、ガスフラック
スＦｇを計算をすることができる。

【００６５】以上説明したように本実施例によれば、簡
単な構成でサンプリング配管２２，２３による輸送遅れ
や混合を防ぎ高い分離性能を有しかつ測定誤差の少ない
ガスフラックスＦｇの測定が可能な、実験係数ｂを簡単
かつ精度よく随時補正したガスフラックスＦｇの測定が
可能な、また実験係数ｂを用いることなく高精度のガス
フラックスＦｇの測定が可能な、ガスフラックス測定装
置１０を実現できる。

【００６６】さらに、高速応答性に優れた３方リードバ
ルブ３４，３５に対して風速の鉛直成分に比例した時分
割比例制御を実行することによって、定流量サンプリン
グでみられるような低風速域でのサンプリング誤差を低
減でき、また実験係数の値がほぼ１に近くなるため実験
係数を計算しないですむことも可能である。このため、
実験係数の誤差や、熱電対３９の不具合等による誤差が
低減でき、測定の信頼性や精度を向上させることができ
るので、実験係数の誤設定による誤差や、熱電対３９の
不具合による測定誤差が解消でき、また測定の信頼性や
精度を向上させることができる。

【００６７】以下、図面に基づき本発明の第二実施例で
あるガスフラックス測定装置１０を説明する。図２
（ａ）は本発明に係る第二実施例を説明するための概略
系統図であり、図２（ｂ）は本発明に係る第二実施例に
用いられる２方リードバルブ４８，５０の時間比例制御
を説明するためのグラフである。

【００６８】本実施例のガスフラックス測定装置１０
は、森林、草原、湿地から放出される炭酸ガス、メタン
ガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサンプリング
配管２２，２３を介してエアバッグ２５，２６に取込む
とともに、これらのガスのガスフラックスＦｇを測定す
るものであって、図２（ａ）に示すように、ガスサンプ
リング手段２０と上下方向風速検知手段３６とガス分析
計３８とガスフラックス算出手段４０と本実施例のコン
トロール回路４５を備えて成る。

【００６９】配管系が気密で、エアポンプ４４，４６が
バキュームに耐えることが可能な場合は、３方リードバ
ルブ３４，３５に代えて、２方リードバルブ４８，５０
をもちいることができる。

【００７０】本実施例のガスサンプリング手段２０は、
図２（ａ）に示すように、エアバッグ２５，２６毎にサ
ンプリング配管２２，２３が個別に設けられ、当該サン
プリング配管２２，２３の出口２１ａ，２１ｂと当該エ
アバッグ２５，２６の入口２４ａ，２６ａとの間に高速
応答性に優れた２方リードバルブ４８，５０が連設され
て成り、風速の鉛直成分ｗに基づく所定のサイクルタイ
ムで当該２方リードバルブ４８，５０を時分割比例制御
をすることにより、ガスフラックスＦｇを計算するもの
である。

【００７１】本実施例の２方リードバルブ４８，５０
は、リードリレーと同様に磁性を有するリード片をコイ
ルの中に入れたもので、リード片がバルブの働きをする
ように構成されている。可動部が小さく構造が簡単なた
め、高速応答（数ｍｓ程度の応答速度）が可能でかつ長
寿命である。一般のリードバルブでは数ｍｓオーダの応
答速度は得られず応答のはやい時分割比例制御は不可能
である。

【００７２】また、２方リードバルブ４８，５０はオリ
フィス径を大きくすることができないため大流量のもの
は製作できないが、本実施例においてはサンプル流量を
微量にすることによりはじめて２方リードバルブ４８，
５０の適用が可能となったものである。

【００７３】２方リードバルブ４８，５０の時間比例制
御を実行する本実施例のガスサンプリング手段２０は、
図２（ｂ）に示すように、上昇流用の場合は、風速０ｍ
／ｓを０％とし、風速の鉛直成分ｗの最大値に近いと考
えられる３ｍ／ｓ程度を１００％とし、風速ｗに比例し
てサイクルタイム３４ａ（本実施例では、２００ｍｓ）
の中のＯＮ時間を変化させるものである。下降流用の場
合は同様に、風速０ｍ／ｓを０％とし、−３ｍ／ｓ程度
が１００％となるようにする。２方リードバルブ４８，
５０は電圧−パルス変換回路やコンピュータのディジタ
ル出力で制御するものである。

【００７４】本実施例のガスサンプリング手段２０にお
いては、上昇流用サンプリング配管２２の出口２１ａと
上昇流用エアバッグ２５の入口２５ａとの間に上昇流用
２方リードバルブ４８および上昇流用エアポンプ４４を
この順番で直列にに接続している。

【００７５】同様に、下降流用サンプリング配管２３の
出口２１ｂと下降流用エアバッグ２６の入口２６ａとの
間に下降流用２方リードバルブ５０および下降流用エア
ポンプ４６をこの順番で直列に接続している。

【００７６】なお、図２（ｂ）に示すように、ガス分析
をオフラインで行なう場合は、多数のエアバッグ２５，
２６を並列に準備し、ガス流路切り替えスイッチロータ
リーフルードスイッチを設け、所定時間毎（例えば、例
えば、３０分サンプルし、３０分停止させる）にガス流
路を切り替えることにより、日変化を測定することも可
能である。また、ガス分析をオンラインで行なう場合
は、エアバッグ２５，２６の出口の空気をガス分析計３
８に導入すればよい。また、オフラインの場合は、エア
バッグ２５，２６に小容量のものを用いることが出来る
し、さらに、省略することも可能である。

【００７７】本実施例の上昇流用サンプリング配管２２
および下降流用サンプリング配管２３としては、内径４
φ以下、外形６φ以下の従来より細いフッ素樹脂管を使
用することができる。

【００７８】エアポンプ４４，４６としては、一般にダ
イアフラム式エアポンプが使用されているが、本実施例
ではサンプル流量が微量であり細いチューブが使用でき
るため、小形のダイアフラム式エアポンプやローラーチ
ューブ式のポンプが使用できる。

【００７９】上下方向風速検知手段３６は、風速の鉛直
成分ｗを測定し、測定した風速の鉛直成分ｗをガスフラ
ックス算出手段４０と本実施例のコントロール回路４５
とに伝達するように接続されて成る。

【００８０】本実施例の上下方向風速検知手段３６は、
上下方向の風速を検知する風速の鉛直成分ｗを測定する
手段であって、通常、防水形の超音波または音波風速計
の一対の送受信部を上下方向地表面に対して鉛直方向に
設置して使用するものである。

【００８１】本実施例のコントロール回路４５は、ガス
サンプリング手段２０の２方リードバルブ４８，５０を
所定の方向に切換えることにより、サンプリング配管２
２，２３を介して、上下方向風速検知手段３６の風速測
定箇所３６ａ付近のガスを風速の鉛直成分ｗの値に応じ
た上昇流または下降流をサンプリング可能なように、上
下方向風速検知手段３６とガスフラックス算出手段４０
とに接続されて成る。

【００８２】本実施例の本実施例のコントロール回路４
５は、超音波風速計からの風速の鉛直成分ｗの測定信号
を判別し、上昇流用２方リードバルブ４８および下降流
用２方リードバルブ５０を時分割比例制御するものであ
る。

【００８３】ガス分析計３８は、サンプリングされたガ
スの成分のガスの成分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの濃
度平均値の差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）を求めることが
できるように、上昇流用エアバッグ２５の出口２４ｂと
下降流用エアバッグ２６の出口２６ｂとに並列に接続さ
れている。

【００８４】本実施例のガス分析計３８としては、ガス
の成分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの濃度平均値の差△
Ｃを分析するために、赤外線ガス分析計やガスクロマト
グラフを用いることができる。

【００８５】ガスフラックス算出手段４０は、ガスの成
分の濃度平均値の差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）、風速の
標準偏差σｗに基づいて、ガスフラックスＦｇを計算を
するよう、ガス分析計３８と上下方向風速検知手段３６
とに接続されて成る。

【００８６】次に本発明の第二実施例の作用を説明す
る。本実施例におけるガスフラックス測定装置１０は、
風速の鉛直成分ｗに基づく所定のサイクルタイムで当該
２方リードバルブ４８，５０を時分割比例制御をするこ
とにより、森林、草原、湿地から放出される炭酸ガス、
メタンガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサンプ
リング配管２２，２３を介してエアバッグ２５，２６に
取込むとともに、これらのガスのガスフラックスＦｇを
計算することができる。

【００８７】上下方向風速検知手段３６に接続された本
実施例のコントロール回路４５は、風速の鉛直成分ｗを
測定することができる。風速の鉛直成分ｗの値によって
上昇流用２方リードバルブ４８、または下降流用２方リ
ードバルブ５０の一方を選択的にＯＮ制御可能である。

【００８８】２方リードバルブ４８，５０の時間比例制
御は、風速０ｍ／ｓを０％とし、風速の鉛直成分ｗの最
大値に近いと考えられる３ｍ／ｓ程度を１００％とし、
風速ｗに比例してサイクルタイム３４ａ（本実施例で
は、２００ｍｓ）のなかのＯＮ時間を変化させるもので
あり、電圧−パルス幅変換回路やコンピュータのディジ
タル出力で制御可能である。サイクルタイム３４ａを本
実施例では、２００ｍｓ以下にすることにより、５Ｈｚ
程度の風速変動までサンプル流量の比例制御が追従する
ことができる。また、サイクルタイム３４ａを１００ｍ
ｓにすれば１０Ｈｚまで追従することができる。

【００８９】つまり、高速応答性に優れた２方リードバ
ルブ４８，５０に対して風速の鉛直成分ｗに比例した時
分割比例制御を実行することによって、定流量サンプリ
ングでみられるような低風速域でのサンプリング誤差を
低減でき、また実験係数ｂの値がほぼ１に近くなるため
実験係数ｂを計算しないですむことも可能である。この
ため、実験係数ｂの誤差や、熱電対３９の不具合等によ
る誤差が低減でき、測定の信頼性や精度を向上させるこ
とができる。

【００９０】本実施例の超音波または音波を用いた上下
方向風速検知手段３６は、ドップラー効果を利用したも
のであり、Ｓｏｎｉｃ Ａｎｅｍｏｍｅｔｅｒと呼ばれ
ている。

【００９１】２０ｃｍ程度の距離をおいて２対の超音波
送受信器を対向させて設置し、各々の超音波送信器から
各々超音波パルスを送信させ、当該超音波パルスを対向
配置された各々の超音波受信器で受信させ、空気中を超
音波パルスが伝送する時間の差と２対の超音波送受信器
間の距離とから風速を求めるものである。

【００９２】これにより、２対の超音波送受信器を鉛直
方向に設置することにより、風速の鉛直成分ｗを測定す
ることができる。なお、超音波送受信器が一体になった
ものを一対でもよいし、送信、受信が別になったものを
２対、対向させてもよい。また、ここで用いる超音波パ
ルスはいわゆる超音波でなく、可聴周波域の音波でも測
定は可能である。

【００９３】ガスサンプリング手段２０は、２方リード
バルブ４８，５０を所定の方向に切換えることにより、
サンプリング配管２２，２３を介して、上下方向風速検
知手段３６の風速測定箇所３６ａ付近のガスを風速の鉛
直成分ｗの値に応じた上昇流または下降流を上昇流用エ
アバッグ２５または下降流用エアバッグ２６内にサンプ
リング可能である。

【００９４】これにより、１本のサンプリング配管の場
合のように、輸送遅れ配管先端の空気取り込み口から２
方リードバルブ４８，５０のところまで空気が流れてく
る時間に相当する分だけ２方リードバルブ４８，５０の
開閉タイミングを遅らせる遅延回路が必要なくなり、配
管中での流速分布の不均一性（配管中心部を流れる空気
の流速と配管壁面付近を流れる空気の流速の差があるこ
と）による混合もなくなるため、上昇流のサンプリング
と下降流のサンプリングとの完全な分離ができる。ま
た、２方リードバルブ４８，５０の後にエアポンプを配
したことにより、風速がゼロに近い上下どちらでもない
ときに空気を捨てる為の電磁弁は不要（両方の２方リー
ドバルブ４８，５０がＯＦＦになるだけ）であり、２方
リードバルブ４８，５０の吐出口３０ａ，３０ｂとエア
バッグ２５，２６の出口２４ｂを接続したので、エアポ
ンプ４４，４６の吸い込み側が極端な負圧とならず、周
囲の空気を吸い込む恐れもない。さらに、流速分布が不
均一のために発生すると考えられる混合の問題が解消さ
れて完全な分離が可能となり、またサンプリング配管２
２，２３のチューブも細いものを用いることができる。

【００９５】ガス分析計３８は、サンプリングされたガ
スの成分の平均濃度Ｃｕｐ，Ｃｄｎの差△Ｃ（＝Ｃｕｐ
−Ｃｄｎ）を求めることができる。

【００９６】ガスフラックス算出手段４０は、ガスの成
分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃ
ｄｎ）、風速の標準偏差σｗに基づいて、ガスフラック
スＦｇを計算をすることができる。

【００９７】以上説明したように本実施例によれば、簡
単な構成でサンプリング配管２２，２３による輸送遅れ
や混合を防ぎ高い分離性能を有しかつ測定誤差の少ない
ガスフラックスＦｇの測定が可能な、実験係数ｂを簡単
かつ精度よく随時補正したガスフラックスＦｇの測定が
可能な、また実験係数ｂを用いることなく高精度のガス
フラックスＦｇの測定が可能な、ガスフラックス測定装
置１０を実現できる。さらに、高速応答性に優れた２方
リードバルブ４８，５０に対して風速の鉛直成分に比例
した時分割比例制御を実行することによって、定流量サ
ンプリングでみられるような低風速域でのサンプリング
誤差を低減でき、また実験係数の値がほぼ１に近くなる
ため実験係数を計算しないですむことも可能である。こ
のため、実験係数の誤差や、熱電対３９の不具合等によ
る誤差が低減でき、測定の信頼性や精度を向上させるこ
とができるので、実験係数の誤設定による誤差や、熱電
対３９の不具合による測定誤差が解消でき、また測定の
信頼性や精度を向上させることができる。

【００９８】以下、図面に基づき本発明の第三実施例で
あるガスフラックス測定装置１０を説明する。図３
（ａ）は本発明に係る第三実施例を説明するための概略
系統図であり、図３（ｂ）は本発明に係る第三実施例に
用いられるマスフローコントローラ５２，５４の開度の
比例制御を説明するためのグラフである。

【００９９】本実施例のガスフラックス測定装置１０
は、森林、草原、湿地から放出される炭酸ガス、メタン
ガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサンプリング
配管２２，２３を介してエアバッグ２５，２６に取込む
とともに、これらのガスのガスフラックスＦｇを測定す
るものであって、図３（ａ）に示すように、ガスサンプ
リング手段２０と上下方向風速検知手段３６とガス分析
計３８とガスフラックス算出手段４０と本実施例のコン
トロール回路４５を備えて成る。

【０１００】応答が速く開度の比例制御の可能なエアポ
ンプを用いれば、３方リードバルブ３４，３５に代え
て、開度の比例応答性に優れたマスフローコントローラ
５２，５４を用いて、サンプルガス流量を開度の比例制
御することができる。

【０１０１】本実施例のガスサンプリング手段２０は、
図３（ａ）に示すように、エアバッグ２５，２６毎にサ
ンプリング配管２２，２３が個別に設けられ、当該サン
プリング配管２２，２３の出口２１ａ，２１ｂと当該エ
アバッグ２５，２６の入口２４ａ，２６ａとの間に開度
の比例応答性に優れたマスフローコントローラ５２，５
４が連設されて成り、風速の鉛直成分ｗに基づく所定の
サイクルタイムで当該マスフローコントローラ５２，５
４を開度の比例制御をすることにより、ガスフラックス
Ｆｇを計算するものである。

【０１０２】マスフローコントローラ５２，５４の開度
の比例制御を実行する本実施例のガスサンプリング手段
２０は、図３（ｂ）に示すように、上昇流用の場合は、
風速０ｍ／ｓを０％とし、風速の鉛直成分ｗの最大値に
近いと考えられる３ｍ／ｓ程度を１００％とし、風速ｗ
に比例してサイクルタイム３４ａ（本実施例では、２０
０ｍｓ）の中の開度を変化させるものである。下降流用
の場合は同様に、風速０ｍ／ｓを０％とし、−３ｍ／ｓ
程度が１００％となるようにする。マスフローコントロ
ーラ５２，５４は電圧−パルス変換回路やコンピュータ
の出力で制御するものである。

【０１０３】本実施例のガスサンプリング手段２０にお
いては、上昇流用サンプリング配管２２の出口２１ａと
上昇流用エアバッグ２５の入口２５ａとの間に上昇流用
マスフローコントローラ５２および上昇流用エアポンプ
４４をこの順番で直列に接続している。

【０１０４】同様に、下降流用サンプリング配管２３の
出口２１ｂと下降流用エアバッグ２６の入口２６ａとの
間に下降流用マスフローコントローラ５４および下降流
用エアポンプ４６をこの順番で直列に接続している。

【０１０５】なお、図３（ｂ）に示すように、ガス分析
をオフラインで行なう場合は、多数のエアバッグ２５，
２６を並列に準備し、ガス流路切り替えスイッチロータ
リーフルードスイッチを設け、所定時間毎（例えば、例
えば、３０分サンプルし、３０分停止させる）にガス流
路を切り替えることにより、日変化を測定することも可
能である。また、ガス分析をオンラインで行なう場合
は、エアバッグ２５，２６の出口の空気をガス分析計３
８に導入すればよい。また、オフラインの場合は、エア
バッグ２５，２６に小容量のものを用いることが出来る
し、さらに、省略することも可能である。

【０１０６】本実施例の上昇流用サンプリング配管２２
および下降流用サンプリング配管２３としては、内径４
φ以下、外形６φ以下の従来より細いフッ素樹脂管を使
用することができる。

【０１０７】エアポンプ４４，４６としては、一般にダ
イアフラム式エアポンプが使用されているが、本実施例
ではサンプル流量が微量であり細いチューブが使用でき
るため、小形のダイアフラム式エアポンプやローラーチ
ューブ式のポンプが使用できる。

【０１０８】上下方向風速検知手段３６は、風速の鉛直
成分ｗを測定し、測定した風速の鉛直成分ｗをガスフラ
ックス算出手段４０と本実施例のコントロール回路４５
とに伝達するように接続されて成る。

【０１０９】本実施例の上下方向風速検知手段３６は、
上下方向の風速を検知する風速の鉛直成分ｗを測定する
手段であって、通常、防水形の超音波または音波風速計
の一対の送受信部を上下方向地表面に対して鉛直方向に
設置して使用するものである。

【０１１０】本実施例のコントロール回路４５は、ガス
サンプリング手段２０のマスフローコントローラ５２，
５４を所定の方向に切換えることにより、サンプリング
配管２２，２３を介して、上下方向風速検知手段３６の
風速測定箇所３６ａ付近のガスを風速の鉛直成分ｗの値
に応じた上昇流または下降流をサンプリング可能なよう
に、上下方向風速検知手段３６とガスフラックス算出手
段４０とに接続されて成る。

【０１１１】本実施例の本実施例のコントロール回路４
５は、超音波風速計からの風速の鉛直成分ｗの測定信号
を判別し、上昇流用マスフローコントローラ５２および
下降流用マスフローコントローラ５４を開度の比例制御
するものである。

【０１１２】ガス分析計３８は、サンプリングされたガ
スの成分のガスの成分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの濃
度平均値の差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）を求めることが
できるように、上昇流用エアバッグ２５の出口２４ｂと
下降流用エアバッグ２６の出口２６ｂとに並列に接続さ
れている。

【０１１３】本実施例のガス分析計３８としては、ガス
の成分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの濃度平均値の差△
Ｃを分析するために、赤外線ガス分析計やガスクロマト
グラフを用いることができる。

【０１１４】ガスフラックス算出手段４０は、ガスの成
分の濃度平均値の差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃｄｎ）、風速の
標準偏差σｗに基づいて、ガスフラックスＦｇを計算を
するよう、ガス分析計３８と上下方向風速検知手段３６
とに接続されて成る。

【０１１５】次に本発明の第三実施例の作用を説明す
る。本実施例におけるガスフラックス測定装置１０は、
風速の鉛直成分ｗに基づく所定のサイクルタイムで当該
マスフローコントローラ５２，５４を開度の比例制御を
することにより、森林、草原、湿地から放出される炭酸
ガス、メタンガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスを
サンプリング配管２２，２３を介してエアバッグ２５，
２６に取込むとともに、これらのガスのガスフラックス
Ｆｇを計算することができる。

【０１１６】上下方向風速検知手段３６に接続された本
実施例のコントロール回路４５は、風速の鉛直成分ｗを
測定することができる。風速の鉛直成分ｗの値によって
上昇流用マスフローコントローラ５２、または下降流用
マスフローコントローラ５４の一方を選択的に開度の比
例制御可能である。

【０１１７】マスフローコントローラ５２，５４の開度
の比例制御は、風速０ｍ／ｓを０％とし、風速の鉛直成
分ｗの最大値に近いと考えられる３ｍ／ｓ程度を１００
％とし、風速ｗに比例してサイクルタイム３４ａ（本実
施例では、２００ｍｓ）のなかの開度を変化させるもの
であり、電圧−パルス幅変換回路やコンピュータのディ
ジタル出力で制御可能である。サイクルタイム３４ａを
本実施例では、２００ｍｓ以下にすることにより、５Ｈ
ｚ程度の風速変動までサンプル流量の開度の比例制御が
追従することができる。また、サイクルタイム３４ａを
１００ｍｓにすれば１０Ｈｚまで追従することができ
る。

【０１１８】つまり、開度の比例応答性に優れたマスフ
ローコントローラ５２，５４に対して風速の鉛直成分ｗ
に比例した開度の比例制御を実行することによって、定
流量サンプリングでみられるような低風速域でのサンプ
リング誤差を低減でき、また実験係数ｂの値がほぼ１に
近くなるため実験係数ｂを計算しないですむことも可能
である。このため、実験係数ｂの誤差や、熱電対３９の
不具合等による誤差が低減でき、測定の信頼性や精度を
向上させることができる。

【０１１９】本実施例の超音波または音波を用いた上下
方向風速検知手段３６は、ドップラー効果を利用したも
のであり、Ｓｏｎｉｃ Ａｎｅｍｏｍｅｔｅｒと呼ばれ
ている。

【０１２０】２０ｃｍ程度の距離をおいて２対の超音波
送受信器を対向させて設置し、各々の超音波送信器から
各々超音波パルスを送信させ、当該超音波パルスを対向
配置された各々の超音波受信器で受信させ、空気中を超
音波パルスが伝送する時間の差と２対の超音波送受信器
間の距離とから風速を求めるものである。

【０１２１】これにより、２対の超音波送受信器を鉛直
方向に設置することにより、風速の鉛直成分ｗを測定す
ることができる。なお、超音波送受信器が一体になった
ものを一対でもよいし、送信、受信が別になったものを
２対、対向させてもよい。また、ここで用いる超音波パ
ルスはいわゆる超音波でなく、可聴周波域の音波でも測
定は可能である。

【０１２２】ガスサンプリング手段２０は、マスフロー
コントローラ５２，５４を所定の方向に切換えることに
より、サンプリング配管２２，２３を介して、上下方向
風速検知手段３６の風速測定箇所３６ａ付近のガスを風
速の鉛直成分ｗの値に応じた上昇流または下降流を上昇
流用エアバッグ２５または下降流用エアバッグ２６内に
サンプリング可能である。

【０１２３】これにより、１本のサンプリング配管の場
合のように、輸送遅れ配管先端の空気取り込み口からリ
ードバルブのところまで空気が流れてくる時間に相当す
る分だけマスフローコントローラ５２，５４の開閉タイ
ミングを遅らせる遅延回路が必要なくなり、配管中での
流速分布の不均一性（配管中心部を流れる空気の流速と
配管壁面付近を流れる空気の流速の差があること）によ
る混合もなくなるため、上昇流のサンプリングと下降流
のサンプリングとの完全な分離ができる。また、マスフ
ローコントローラ５２，５４の後にエアポンプを配した
ことにより、風速がゼロに近い上下どちらでもないとき
に空気を捨てる為の電磁弁は不要（両方のマスフローコ
ントローラ５２，５４がＯＦＦになるだけ）であり、マ
スフローコントローラ５２，５４の吐出口３０ａ，３０
ｂとエアバッグ２５，２６の出口２４ｂを接続したの
で、エアポンプ４４，４６の吸い込み側が極端な負圧と
ならず、周囲の空気を吸い込む恐れもない。さらに、流
速分布が不均一のために発生すると考えられる混合の問
題が解消されて完全な分離が可能となり、またサンプリ
ング配管２２，２３のチューブも細いものを用いること
ができる。

【０１２４】ガス分析計３８は、サンプリングされたガ
スの成分の平均濃度Ｃｕｐ，Ｃｄｎの差△Ｃ（＝Ｃｕｐ
−Ｃｄｎ）を求めることができる。

【０１２５】ガスフラックス算出手段４０は、ガスの成
分の濃度平均値Ｃｕｐ，Ｃｄｎの差△Ｃ（＝Ｃｕｐ−Ｃ
ｄｎ）、風速の標準偏差σｗに基づいて、ガスフラック
スＦｇを計算をすることができる。

【０１２６】以上説明したように本実施例によれば、簡
単な構成でサンプリング配管２２，２３による輸送遅れ
や混合を防ぎ高い分離性能を有しかつ測定誤差の少ない
ガスフラックスＦｇの測定が可能な、実験係数ｂを簡単
かつ精度よく随時補正したガスフラックスＦｇの測定が
可能な、また実験係数ｂを用いることなく高精度のガス
フラックスＦｇの測定が可能な、ガスフラックス測定装
置１０を実現できる。さらに、開度の比例応答性に優れ
たマスフローコントローラ５２，５４に対して風速の鉛
直成分に比例した開度の比例制御を実行することによっ
て、定流量サンプリングでみられるような低風速域での
サンプリング誤差を低減でき、また実験係数の値がほぼ
１に近くなるため実験係数を計算しないですむことも可
能である。このため、実験係数の誤差や、熱電対３９の
不具合等による誤差が低減でき、測定の信頼性や精度を
向上させることができるので、実験係数の誤設定による
誤差や、熱電対３９の不具合による測定誤差が解消で
き、また測定の信頼性や精度を向上させることができ
る。

【０１２７】

【発明の効果】上昇流用サンプリング配管および下降流
用サンプリング配管を用いて、各々の空気取り込み口か
ら上昇流空気、下降流空気を各々分離して取込むことが
可能となり、リードバルブまたはマスフローコントロー
ラの遅延回路が不要になり、流速分布が不均一のために
発生すると考えられる混合の問題が解消されて完全な分
離が可能となり、またサンプリング配管のチューブも細
いものを用いることが可能となるので、遅延回路が不要
となり、サンプリング配管中の流速分布の不均一に起因
すると考えられる混合を防ぐことができる。

【０１２８】また、リードバルブまたはマスフローコン
トローラの後にエアポンプをつけることにより、風速が
ゼロに近いときでもリードバルブまたはマスフローコン
トローラをＯＦＦにする必要はなくなりリードバルブま
たはマスフローコントローラがノイズで誤動作しない程
度に限界値を小さくすることが可能となるので、風速が
ゼロに近いと上下どちらでもない場合であっても専用の
リードバルブまたはマスフローコントローラを設けて空
気を捨てる必要がなくなって空気を捨てるための電磁弁
は不要になり、限界値の設定にともなう誤差要因も解消
可能となる。

【０１２９】上下方向風速検知手段の気温変動を測定す
るための気温変動検出手段を設けるとともに、渦相関法
による顕熱フラックスと、風速の標準偏差と風速の鉛直
成分の上下方向別に計算した気温平均値の差を掛けた値
から実験係数を計算するようにしたので、測定状況に応
じた実験係数を適時決定することができ、またガスフラ
ックスの測定精度の向上を図ることが可能となるので装
置毎に、または測定場所もしくは条件毎に実験係数をき
める必要がなくなり、決定のための手数が省略でき、ま
たガスフラックスの測定精度も向上できる。

【０１３０】高速応答性に優れたリードバルブに対して
風速の鉛直成分に比例した時分割比例制御を実行するこ
とによって、定流量サンプリングでみられるような低風
速域でのサンプリング誤差を低減でき、また実験係数の
値がほぼ１に近くなるため実験係数を計算しないですむ
ことも可能である。このため、実験係数の誤差や、熱電
対の不具合等による誤差が低減でき、測定の信頼性や精
度を向上させることができるので、実験係数の誤設定に
よる誤差や、熱電対の不具合による測定誤差が解消で
き、また測定の信頼性や精度を向上させることができ
る。

【０１３１】開度比例応答性に優れたマスフローコント
ローラに対して風速の鉛直成分に比例した比例制御を実
行することによって、定流量サンプリングでみられるよ
うな低風速域でのサンプリング誤差を低減でき、また実
験係数の値がほぼ１に近くなるため実験係数を計算しな
いですむことも可能である。このため、実験係数の誤差
や、熱電対の不具合等による誤差が低減でき、測定の信
頼性や精度を向上させることができるので、実験係数の
誤設定による誤差や、熱電対の不具合による測定誤差が
解消でき、また測定の信頼性や精度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明に係る第一実施例を説明す
るための概略系統図であり、図１（ｂ）は本発明に係る
第一実施例に用いられる３方リードバルブの時間比例制
御を説明するためのグラフである。

【図２】図２（ａ）は本発明に係る第二実施例を説明す
るための概略系統図であり、図２（ｂ）は本発明に係る
第二実施例に用いられる２方リードバルブの時間比例制
御を説明するためのグラフである。

【図３】図３（ａ）は本発明に係る第三実施例を説明す
るための概略系統図であり、図３（ｂ）は本発明に係る
第三実施例に用いられるマスフローコントローラの比例
制御を説明するためのグラフである。

【図４】チャンバ法を用いた従来のガスフラックス測定
装置を説明するための概略系統図である。

【図５】空気力学的方法を用いた従来のガスフラックス
測定装置を説明するための概略系統図である。

【図６】渦相関法を用いた従来のガスフラックス測定装
置を説明するための概略系統図である。

【符号の説明】

１０…ガスフラックス測定装置 ２０…ガスサンプリング手段 ２１…サンプリング配管 ２１ａ，２１ｂ…サンプリング配管の出口 ２２…上昇流用サンプリング配管 ２３…下降流用サンプリング配管 ２４…エアバッグ ２５ａ，２６ａ…エアバッグの入口 ２４ｂ，２６ｂ…エアバッグの出口 ２５…上昇流用エアバッグ ２６…下降流用エアバッグ ３０ａ，３０ｂ…吐出口 ３４…上昇流用３方リードバルブ ３４ａ…サイクルタイム ３５…下降流用３方リードバルブ ３６…上下方向風速検知手段 ３６ａ…風速測定箇所 ３８…ガス分析計 ４０…ガスフラックス算出手段 ４２…気温変動検出手段 ４４…上昇流用エアポンプ ４５…コントロール回路 ４６…下降流用エアポンプ ４８…上昇流用２方リードバルブ ５０…下降流用２方リードバルブ ５２…上昇流用マスフローコントローラ ５４…下降流用マスフローコントローラ ｗ…風速の鉛直成分 Ｆｇ…ガスフラックス Ｃｕｐ…上昇流のガス成分の濃度平均値 Ｃｄｎ…下降流のガス成分の濃度平均値 △Ｃ…ガスの成分の濃度平均値の差（＝Ｃｕｐ−Ｃｄ
ｎ） σｗ…風速の標準偏差 ｔｕｐ…上昇流の気温平均値 ｔｄｎ…下降流の気温平均値 △ｔ…気温平均値の差（＝ｔｕｐ−ｔｄｎ） σｔ…気温変動の標準偏差 Ｆｑａ…顕熱フラックス（＝σｗ・σｔ） ｂ…実験計数（定数、＝Ｆｑａ／（σｗ・△ｔ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−261892（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−131737（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−207888（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−122230（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−317508（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−261891（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−181849（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 1/00 - 1/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】森林、草原、湿地から放出される炭酸ガ
   ス、メタンガス、亜酸化窒素ガス、水蒸気等のガスをサ
   ンプリング配管に連接されたエアバッグを介して取込む
   とともに、これらのガスのガスフラックスを測定するガ
   スフラックス測定装置において、 風速の鉛直成分を測定する上下方向風速検知手段と、 前記エアバッグ毎に前記サンプリング配管が個別に設け
   られ、当該サンプリング配管の出口と当該エアバッグの
   入口との間に高速応答性に優れた３方リードバルブが連
   設されるとともに、当該３方リードバルブの吐出口が当
   該エアバッグの出口に接続され、前記３方リードバルブ
   を所定の方向に切換えることにより、前記サンプリング
   配管を介して、前記上下方向風速検知手段の風速測定箇
   所付近の前記ガスを前記風速の鉛直成分の値に応じた上
   昇流または下降流をサンプリング可能なガスサンプリン
   グ手段と、 サンプリングされたガスの成分の濃度平均値の差を求め
   るためのガス分析計と、 前記濃度平均値の差、前記風速の標準偏差に基づいて、
   前記ガスフラックスを計算をするためのガスフラックス
   算出手段と、 を備えて成り、 前記風速の鉛直成分に基づく所定のサイクルタイムで当
   該３方リードバルブを時分割比例制御をすることによ
   り、前記ガスフラックスを計算する、 ことを特徴とするガスフラックス測定装置。
2. 【請求項２】前記３方リードバルブに代えて、前記サン
   プリング配管の出口と前記エアバッグの入口との間に高
   速応答性に優れた２方リードバルブが連設され、前記風
   速の鉛直成分に基づく所定のサイクルタイムで当該２方
   リードバルブを時分割比例制御をすることにより、前記
   ガスフラックスを計算する、 ことを特徴とする請求項１に記載のガスフラックス測定
   装置。
3. 【請求項３】前記３方リードバルブに代えて、前記サン
   プリング配管の出口と前記エアバッグの入口との間に開
   度比例応答性に優れたマスフローコントローラが連設さ
   れ、前記風速の鉛直成分に基づく所定のサイクルタイム
   で当該マスフローコントローラを比例制御をすることに
   より、前記ガスフラックスを計算する、 ことを特徴とする請求項１に記載のガスフラックス測定
   装置。