梯度气象观测系统

梯度通量观测系统

      该系统测量大气中不同高度的风速风向、温湿度、辐射以及不同深度土壤的土壤温度和含水量，适用于不同的下垫面和大气条件，是边界层气象、农林气象、大气环境监测运用最普遍和最基本的观测手段，是利用空气动力学理论和相似理论在近地表层、尤其在垂直方向上以湍流交换为基础，进行物质和能量传输规律研究不可替代的观测系统。

观测要素：

◆  不同高度的风速风向

◆  不同高度的温湿度

◆  不同高度的辐射

◆  不同深度土壤的温度和含水量

应用领域：

◆  边界层气象、农林气象、大气环境等科研领域。

系统组成：

      梯度通量观测系统包括样气采集及处理单元、温室气体分析单元、校准单元、控制单元、供电单元、数据采集、存储及传输单元、系统安装附件。

       系统工作原理：在样气采样泵的作用下，样气经过布置在不同高度的采样口、过滤器和限流孔，输送至低流量多路控制器，根据预制的程序，多路控制器中的电磁阀切换其中一路气体进行分析，被选择的某路样气在分析仪采样泵的作用下经过低流量的干燥器进入分析仪。其余11路气体被排空，目的是缩短采样周期，同时保证气流不断冲刷管路，避免颗粒物沉积。

      系统的核心部件采用高精度分析仪，分析仪的测量原理是基于波长扫描光腔衰荡原理。可自动连续计算和比较空腔或充满目标气体的衰荡时间，而这个时间差便是目标气体吸收激光而导致的衰减时间差，同种气体不同浓度的衰减时间差是不一样，通过是将待测气体的浓度与被测气体特征波长在气室中衰减的时间建立一线性关系，测量气体的浓度。在实际测量的过程中，通过控制激光的开和关实现衰减时间的测量。

样气采集及预处理单元

     样气采集单元采用采样头，采样头包括防雨罩、防虫网、过滤器、限流孔和安装组件。防虫网用于过滤落叶、虫子和较大的颗粒，过滤器用于过滤大于7um以上的灰尘，防雨罩用于保护过滤器。采样管线采用1/4英寸Synflex 1300型铝塑管或特氟龙管。辅助采样泵采用Paker的采样泵，。

温室气体分析单元

       温室气体分析仪采用高精度分析仪，分析仪采用基于时间域第四代波长扫描光腔衰荡光谱技术（WS-CRDS），此原理是将待测气体的浓度与被测气体特征波长在气室中衰减的时间建立线性关系，测量气体的浓度。而波长扫描光腔衰荡光谱（WS-CRDS）技术通过在光学腔内通过镜片反射建立长达20千米的光程，这样可以在极短的时间内监测到ppb 水平甚至ppt 水平的气体。可兼容多款温室气体分析仪。

G2301 : CO₂\CH₄ \H₂O温室气体分析仪

G2401 : CO₂\CO＼CH₄ \H₂O温室气体分析仪

G2201-i : CO₂\CH₄中δ13C同位素丰度，CO₂\CH₄ \H₂O浓度

G2508：CO₂\NH₃\N₂O\CH₄ \H₂O

L2140-i :δ18O\δ17O\D\同位素丰度及O17过剩。

控制单元

    控制单元采用多路控制器，多路控制器主要由两位三通阀组成，辅助采样泵实时从不同高度采集样气，按照预制程序，只有一路样气送入分析仪进行分析，其余气体通过汇流排排出，目的是保证气路一直处于冲刷状态，避免灰尘的滞留，同时可减少采样的等待时间。

    系统最多可接入8层气体。

校准单元

    校准单元包含零气、满量程气体和减压阀，零气可采用干空气（不含CO₂和CH₄）,满量程气体可根据项目当地的浓度范围选择。

供电单元

  系统采用220V/50Hz供电。供电系统配有过流保护装置，UPS和开关电源。直流电源用于为数据采集器供电，UPS用于为分析仪和开关电源供电，保证系统在断电的情况下，能工作15分钟。   

数据采集、存储及通讯单元

   本系统采用Campbell公司的CR3000做为数据采集器，数据采集器具有网口、RS232、SDI-12、RS485、模拟量输入等丰富的通讯接口，并支持绝大部分通讯协议，可以非常方便的接入外部通讯设备进行数据传输。系统还可以额外接入GPRS/CDMA无线通讯模块（具体选项根据观测地点网络）。数据中心只需开放相应的通讯端口，即可远程访问数据采集器，浏览、下载观测数据。

系统特点

◆  分析设备可选用多款温室气体

◆  多路阀组实现不同层高气体的分时传输至分析仪；

◆  系统采用负压采样，管路压力低于大气压-30kPa，避免气体在传输的过程中结露；

◆  专利的高精度波长监视技术可锁定目标气体的的特征吸收光谱，减少干扰气体对目标气体测量的影响，从而确保在混合气体中超痕量测量；

◆  专利的光学衰减振荡技术使光程达到20km,使测量达到ppb级精度；

◆  精密的温度和压力控制系统确保仪器线性、精确度、准确性和稳定度；

◆  设备可自动地保持测量腔室在恒定的负压下，目标气体在负压下形成的近红外吸收光谱的吸收峰更加窄的光谱线，分辨率更高；

◆  系统紧凑坚固，基本不需要维护，无需样品准备和干燥，安装方便快捷，可用于恶劣环境下无人值守长期工作。

◆  系统具有良好的扩展性，可接入气象观测设备