一種地表感熱/潛熱通量測量系統技術方案

本實用新型專利技術公開一種地表感熱/潛熱通量測量系統，包括，便攜式自動氣象站，其被配置為獲取觀測區域內的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器，其被配置為獲取觀測區域內的凈輻射Rn；土壤熱通量板，其被配置為獲取觀測區域內的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀，其被配置為獲取觀測區域內的植被覆蓋度f；植物冠層數字圖像分析儀，其被配置為獲取觀測區域內的葉面積指數LAI；紅外溫度傳感器，其被配置為獲取觀測區域內的地表溫度Ts；以及計算機，其被配置為根據所述便攜式自動氣象站、四分量凈輻射傳感器、土壤熱通量板、植被覆蓋度攝影測量儀、植物冠層數字圖像分析儀以及紅外溫度傳感器的觀測數據計算觀測區域內的地表感熱通量H和潛熱通量LE。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及地表參數測量系統。更具體地，涉及一種地表感熱/潛熱通量測量系統。
技術介紹
感熱通量為地表與大氣間垂直方向上湍流擴散所形成的熱量輸送。地表潛熱通量為下墊面與大氣之間水分的熱交換所消耗的能量。地表潛熱通量表現為蒸散所消耗的熱量，由蒸散量和汽化潛熱可得潛熱通量。地表感熱/潛熱通量的觀測是流域水資源管理、農作物灌溉制度制定、農業用水效率評價、區域旱情監測、農業節水等應用領域的基礎，同時也是構建土壤-植被-大氣連續體能量和水量遷移轉換，進行陸-氣耦合模擬研究的前提。地表感熱/潛熱通量的觀測結果能夠為水利、農業、林業專業技術人員提供重要的下墊面狀況信息，為輔助決策提供重要支持信息。地表感熱/潛熱通量的測量方法包括液態水分消耗測量和水汽輸送測量兩大類。對于液態水分的測量主要有三類:水量平衡法，器測法和植物生理測定技術。蒸滲儀基于水量平衡原理，將一定深度的原狀土柱裝入一個可控容器中，通過稱重或者量取水量的方式實現蒸散量的觀測，由蒸散量和蒸發潛熱可以得到地表潛熱通量。蒸滲儀可以直接實現蒸散的觀測，但是構建和維護的費用較高，觀測代表性有限，此外，容易受到周圍環境的影響。液流法是使用傳感器垂直放入植物的木質部分，用于測量植物木質部分的水分流量，通常用于測定樹木的蒸騰時使用。水汽傳輸測量方法有波文比-能量平衡法，渦度相關方法，大孔徑閃爍儀測量方法和空氣動力學技術。波文比法基于地面以上兩層高度之間的氣溫差和水汽壓差來計算波文比，結合測量的凈輻射和土壤熱通量實現感熱、潛熱的計算。波文比法適用于下墊面均勻平坦無平流影響的區域。渦度相關方法使用快速相應湍流儀器，如超聲風速儀，紅外水汽，二氧化碳分析儀器等，可直接測量風速分量和水汽等的脈動值，每秒采樣10-20次，連續觀測10-30分鐘，可以覆蓋對近地層通量輸送有貢獻的主要湍流渦旋。計算脈動量的協方差，就可以得到潛熱通量。大孔徑閃爍儀由發射儀和接收儀兩部分組成，兩者相距一定的距離放置，接收儀接收受到光程上大氣波動影響的發射波束，并使用折射等結構參數來表達大氣的湍流強度，進而推算顯熱通量，然后利用能量平衡余項法方法來計算潛熱通量。然而，渦度相關和大孔徑閃爍儀的觀測問題遠未解決。近地層能量閉合問題是困擾通量觀測的難題。能量閉合問題主要表現為測量到的感熱和潛熱通量之和小于近地層可用能量。目前，地表感熱/潛熱通量測量系統仍然具有較大的不確定性，尤其是復雜非均勻下墊面的地表感熱/潛熱通量缺乏有效的觀測手段，是目前研究和實際應用的難點。因此，需要提供一種地表感熱/潛熱通量測量系統，以解決上述問題。
技術實現思路
本技術的目的在于是提供一種地表感熱/潛熱通量測量系統，以解決復雜非均勻下墊面的地表感熱/潛熱通量有效的觀測。為達到上述目的，本技術采用下述技術方案：一種地表感熱/潛熱通量測量系統，包括，便攜式自動氣象站1，被配置為獲取觀測區域內的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器2，被配置為獲取觀測區域內的凈輻射Rn；土壤熱通量板6，被配置為獲取觀測區域內的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀4，被配置為獲取觀測區域內的植被覆蓋度f；植物冠層數字圖像分析儀5，被配置為獲取觀測區域內的葉面積指數LAI；紅外溫度傳感器3，被配置為獲取觀測區域內的地表溫度Ts；以及，計算機7，被配置為根據所述便攜式自動氣象站1、四分量凈輻射傳感器2、土壤熱通量板6、植被覆蓋度攝影測量儀4、植物冠層數字圖像分析儀5以及紅外溫度傳感器3的觀測數據計算觀測區域內的地表感熱通量H和潛熱通量LE。優選的，所述系統進一步包括數據線9和數據采集器8；所述數據采集器8被配置為采集所述觀測數據，并將所采集的觀測數據傳送至計算機7。本技術的有益效果如下：提供一種地表參數測量系統，特別是一種地表感熱/潛熱測量系統，利用地表感熱通量估算的廓線方程和地表溫度和植被覆蓋度所構成的理論特征空間四個角點方程，實現輻射-對流阻抗的計算，進而實現地表感熱/潛熱通量的計算。可滿足區域水資源管理、農業用水效率評價、區域旱情監測、農業節水等方面的應用領域的需求。附圖說明下面結合附圖對本技術的具體實施方式作進一步詳細的說明。圖1示出本技術所述系統結構圖。圖2示出植被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間。具體實施方式為了更清楚地說明本技術，下面結合優選實施例和附圖對本技術做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本技術的保護范圍。一、系統配置如圖1所示，所述區域地表感熱/潛熱通量測量系統包括：便攜式自動氣象站1，被配置為獲取觀測區域內的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器2，被配置為獲取觀測區域內的凈輻射Rn；土壤熱通量板6，被配置為獲取觀測區域內的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀4，被配置為獲取觀測區域內的植被覆蓋度f；植物冠層數字圖像分析儀5，被配置為獲取觀測區域內的葉面積指數LAI；紅外溫度傳感器3，被配置為獲取觀測區域內的地表溫度Ts；數據采集器8，被配置為采集上述觀測數據；計算機7，被配置為根據所述數據采集器8采集的數據計算觀測區域內的地表感熱通量H和潛熱通量LE；以及，數據線9，被配置為傳輸所述數據。其中，所述四分量凈輻射傳感器2采用荷蘭Klipp&Zonen CNR4，所述植物冠層數字圖像分析儀5采用LAI-2000。二、計算機工作原理首先，進行輻射-對流阻抗的計算，所述計算機7根據所述值被覆蓋度f和地表溫度Ts的二維空間以及感熱通量估算的溫度廓線方程進行輻射-對流阻抗rae計算；所述感熱通量H估算的溫度廓線方程為： H = ρC P T a e r o - T a r a = ρC P T s - T a r a + r e x = ρC P T s - T a 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種地表感熱/潛熱通量測量系統，其特征在于，包括，便攜式自動氣象站(1)，被配置為獲取觀測區域內的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器(2)，被配置為獲取觀測區域內的凈輻射Rn；土壤熱通量板(6)，被配置為獲取觀測區域內的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀(4)，被配置為獲取觀測區域內的植被覆蓋度f；植物冠層數字圖像分析儀(5)，被配置為獲取觀測區域內的葉面積指數LAI；紅外溫度傳感器(3)，被配置為獲取觀測區域內的地表溫度Ts；以及，計算機(7)，被配置為根據所述便攜式自動氣象站(1)、四分量凈輻射傳感器(2)、土壤熱通量板(6)、植被覆蓋度攝影測量儀(4)、植物冠層數字圖像分析儀(5)以及紅外溫度傳感器(3)的觀測數據計算觀測區域內的地表感熱通量H和潛熱通量LE。

【技術特征摘要】
1.一種地表感熱/潛熱通量測量系統，其特征在于，包括，便攜式自動氣象站(1)，被配置為獲取觀測區域內的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器(2)，被配置為獲取觀測區域內的凈輻射Rn；土壤熱通量板(6)，被配置為獲取觀測區域內的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀(4)，被配置為獲取觀測區域內的植被覆蓋度f；植物冠層數字圖像分析儀(5)，被配置為獲取觀測區域內的葉面積指數LAI；紅外溫度傳感器(3)，被配置為獲取觀測區域內的地...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊永民，黃詩峰，李琳，辛景峰，曲偉，李小濤，李蓉，龐治國，付俊娥，
申請(專利權)人：中國水利水電科學研究院，
類型：新型
國別省市：北京;11