專利名稱：森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生態(tài)觀測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種用于研究森林/大氣相互作用的森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法。
森林/大氣相互作用機(jī)制一直是生物(理)學(xué)家與氣象學(xué)家們攜手攻克的主題，業(yè)已產(chǎn)生諸多的理論模型與觀測(cè)技術(shù)，就觀測(cè)技術(shù)本身，目前普遍采用的渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)被認(rèn)為是研究森林/大氣相互作用的最佳方法。
渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是建立在常通量基礎(chǔ)之上的，通過(guò)與裸地對(duì)照比較評(píng)價(jià)森林/大氣間的作用過(guò)程。然而，鑒于森林的生物(理)學(xué)特征，森林與大氣的作用結(jié)果是沿森林的豎直剖面上各參數(shù)廓線(諸如風(fēng)、溫、水分、CO2等)的動(dòng)態(tài)規(guī)律變化萬(wàn)千，簡(jiǎn)單的渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)難以獲取有關(guān)森林與大氣耦合作用的詳細(xì)信息。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠進(jìn)行多參數(shù)同步觀測(cè)、細(xì)致描述森林與大氣耦合作用機(jī)制的森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法。
本發(fā)明的任務(wù)是采用超聲測(cè)風(fēng)、溫復(fù)合系統(tǒng)與物質(zhì)濃度梯度采集系統(tǒng)的同步聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)方式，具體為a.超聲測(cè)風(fēng)速、溫度至少5臺(tái)測(cè)溫儀分別安置在森林林冠之上、冠表、冠中、冠下及地表，用以測(cè)量三維風(fēng)速和脈動(dòng)溫度，由計(jì)算機(jī)控制所述測(cè)風(fēng)溫儀進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，各測(cè)風(fēng)、溫儀之間的同步性由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行；b.物質(zhì)廓線測(cè)定系統(tǒng)氣體采集器的氣管或探頭位置與測(cè)風(fēng)、溫傳感器等高，由CO2/H2O分析器按時(shí)間順序自動(dòng)采集不同高度的氣體樣品并自動(dòng)進(jìn)行氣體濃度的分析，相鄰氣體測(cè)點(diǎn)的采氣時(shí)間間隔即步長(zhǎng)及每個(gè)測(cè)點(diǎn)CO2/H2O平均濃度由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行；其中，亦可根據(jù)需要進(jìn)行人工氣體采集，方法為負(fù)壓法；c.測(cè)風(fēng)溫系統(tǒng)與物質(zhì)濃度測(cè)定系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)由計(jì)算機(jī)軟件完成，它能夠保證各參數(shù)在各測(cè)點(diǎn)如下幾方面的同步(1)不同測(cè)風(fēng)、溫儀間的同步，采樣頻率為0.5-20次/秒；(2)全部測(cè)點(diǎn)完成一次氣體采樣與分析所需最少時(shí)間1min；(3)每個(gè)測(cè)點(diǎn)各參數(shù)的同步。
風(fēng)、溫復(fù)合系統(tǒng)采樣頻度0.5～20次/秒；步驟a中所述同步數(shù)據(jù)采集方式為由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)采集、光盤(pán)刻錄，同步測(cè)定時(shí)間步長(zhǎng)可調(diào)，或手工操作；步驟b中所述負(fù)壓方法為氣體流量計(jì)、抽氣泵、通氣栓和負(fù)壓引流器構(gòu)成，通過(guò)按高度計(jì)算采氣流量后，由抽氣泵將各采氣管道的死空氣去掉后，同步開(kāi)啟通氣栓控制負(fù)壓引流器完成各氣體樣品的采集；CO2/H2O分析儀氣體樣品采集并行口可大于超聲測(cè)風(fēng)、溫儀器數(shù)；分析儀并行口的切換由計(jì)算機(jī)軟件完成。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明能夠提供森林生態(tài)系統(tǒng)的三維風(fēng)速廓線、脈動(dòng)溫度廓線、CO2/H2O廓線及CO2/H2O通量測(cè)定，并解決了這些參數(shù)的同步測(cè)定。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步框圖。
圖2為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)CO2廓線同步監(jiān)測(cè)圖。
圖3為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)水蒸汽廓線同步監(jiān)測(cè)圖。
圖4為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)水平風(fēng)向風(fēng)速(實(shí)線)與風(fēng)向分布概率(虛線)監(jiān)測(cè)圖(40米高度)。
圖5為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)水平風(fēng)向風(fēng)速(實(shí)線)與風(fēng)向分布概率(虛線)監(jiān)測(cè)圖(32米高度)。
圖6為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)水平風(fēng)向風(fēng)速(實(shí)線)與風(fēng)向分布概率(虛線)監(jiān)測(cè)圖(26米高度)。
圖7為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)水平風(fēng)向風(fēng)速(實(shí)線)與風(fēng)向分布概率(虛線)監(jiān)測(cè)圖(22米高度)。
圖8為本發(fā)明森林生態(tài)系統(tǒng)水平風(fēng)向風(fēng)速(實(shí)線)與風(fēng)向分布概率(虛線)監(jiān)測(cè)圖(16米高度)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1如圖1～8所示，本發(fā)明采用超聲測(cè)風(fēng)、溫復(fù)合系統(tǒng)與物質(zhì)濃度梯度采集系統(tǒng)的同步聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)方式，具體為a.超聲測(cè)風(fēng)、溫系統(tǒng)5臺(tái)測(cè)風(fēng)溫儀分別安置在森林林冠之上、林冠表面、林冠之中、林冠下及地表，用以測(cè)量三維風(fēng)速和脈動(dòng)溫度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采樣頻度0.5次/秒；各測(cè)風(fēng)溫儀之間的同步數(shù)據(jù)采集方式為由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)采集、光盤(pán)刻錄，同步測(cè)定時(shí)間步長(zhǎng)可調(diào)。
b.物質(zhì)廓線測(cè)定系統(tǒng)氣體采集器(氣管或探頭)位置與所述測(cè)風(fēng)溫儀的測(cè)風(fēng)、溫傳感器等高，由CO2/H2O分析器按時(shí)間順序自動(dòng)采集不同高度的氣體樣品并自動(dòng)進(jìn)行氣體濃度的分析，相鄰氣體測(cè)點(diǎn)的采氣時(shí)間間隔(即步長(zhǎng))及每個(gè)測(cè)點(diǎn)CO2/H2O平均濃度由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行。其中，亦可根據(jù)需要進(jìn)行人工氣體的同步采集，方法為負(fù)壓法。負(fù)壓方法為氣體流量計(jì)、一臺(tái)抽氣泵、一個(gè)通氣栓和負(fù)壓引流器構(gòu)成。通過(guò)抽氣泵將各采氣管道的死空氣去掉后，調(diào)整流量計(jì)，同步開(kāi)啟通氣栓由負(fù)壓引流器完成各氣體樣品的同步采集。
c.測(cè)風(fēng)溫系統(tǒng)與物質(zhì)濃度測(cè)定系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)由計(jì)算機(jī)軟件完成，它能夠保證各參數(shù)在各測(cè)點(diǎn)如下幾方面的同步(1)不同測(cè)風(fēng)、溫儀間的同步，采樣頻率為0.5次/秒；(2)全部測(cè)點(diǎn)完成一次氣體采樣與分析所需最少時(shí)間1min；(3)每個(gè)測(cè)點(diǎn)各參數(shù)的同步。
d.方法特點(diǎn)樣本自動(dòng)采集，自動(dòng)分析，數(shù)據(jù)光盤(pán)刻錄；各參數(shù)同步觀測(cè)的時(shí)間步長(zhǎng)可調(diào)。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于不同測(cè)風(fēng)、溫儀間的同步，采樣頻率為20次/秒，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采樣頻度20次/秒。
實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于不同測(cè)風(fēng)、溫儀間的同步，采樣頻率為10次/秒，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采樣頻度10次/秒。
權(quán)利要求
1.一種森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于采用超聲測(cè)風(fēng)、溫復(fù)合系統(tǒng)與物質(zhì)濃度梯度采集系統(tǒng)的同步聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)方式，具體為a.超聲測(cè)風(fēng)速、溫度至少5臺(tái)測(cè)溫儀分別安置在森林林冠之上、冠表、冠中、冠下及地表，用以測(cè)量三維風(fēng)速和脈動(dòng)溫度，由計(jì)算機(jī)控制所述測(cè)風(fēng)溫儀進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，各測(cè)風(fēng)、溫儀之間的同步性由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行；b.物質(zhì)廓線測(cè)定系統(tǒng)氣體采集器的氣管或探頭位置與測(cè)風(fēng)、溫傳感器等高，由CO2/H2O分析器按時(shí)間順序自動(dòng)采集不同高度的氣體樣品并自動(dòng)進(jìn)行氣體濃度的分析，相鄰氣體測(cè)點(diǎn)的采氣時(shí)間間隔即步長(zhǎng)及每個(gè)測(cè)點(diǎn)CO2/H2O平均濃度由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行；其中，亦可根據(jù)需要進(jìn)行人工氣體采集，方法為負(fù)壓法；c.測(cè)風(fēng)溫系統(tǒng)與物質(zhì)濃度測(cè)定系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)由計(jì)算機(jī)軟件完成，它能夠保證各參數(shù)在各測(cè)點(diǎn)如下幾方面的同步(1)不同測(cè)風(fēng)、溫儀間的同步，采樣頻率為0.5-20次/秒；(2)全部測(cè)點(diǎn)完成一次氣體采樣與分析所需最少時(shí)間1min；(3)每個(gè)測(cè)點(diǎn)各參數(shù)的同步。
2.按照權(quán)利要求1所述森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于風(fēng)、溫復(fù)合系統(tǒng)采樣頻度0.5～20次/秒。
3.按照權(quán)利要求1所述森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于步驟a中所述同步數(shù)據(jù)采集方式為由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)采集、光盤(pán)刻錄，同步測(cè)定時(shí)間步長(zhǎng)可調(diào)，或手工操作。
4.按照權(quán)利要求1所述森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于步驟b中所述負(fù)壓方法為氣體流量計(jì)、抽氣泵、通氣栓和負(fù)壓引流器構(gòu)成，通過(guò)按高度計(jì)算采氣流量后，由抽氣泵將各采氣管道的死空氣去掉后，同步開(kāi)啟通氣栓控制負(fù)壓引流器完成各氣體樣品的采集。
5.按照權(quán)利要求1所述森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于CO2/H2O分析儀氣體樣品采集并行口可大于超聲測(cè)風(fēng)、溫儀器數(shù)；分析儀并行口的切換由計(jì)算機(jī)軟件完成。
全文摘要
一種森林生態(tài)多參數(shù)同步梯度樣品采集與數(shù)據(jù)分析方法,具體:超聲測(cè)風(fēng)速溫度:至少5臺(tái)測(cè)溫儀分別安在森林林冠之上、表、中、下及地表,測(cè)三維風(fēng)速和脈動(dòng)溫度,由計(jì)算機(jī)控制測(cè)風(fēng)溫儀進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集;物質(zhì)廓線測(cè)定系統(tǒng):氣體采集器氣管位置與測(cè)風(fēng)、溫傳感器等高,由CO
文檔編號(hào)G01N35/00GK1361425SQ0013602
公開(kāi)日2002年7月31日 申請(qǐng)日期2000年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者韓士杰, 周聯(lián), 張軍輝, 周樂(lè)義 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所