地面观测

地面观测是指在某地面点通过专门仪器设备直接测量当时当地的地表参数“真值”。但是,这些分布稀少而离散的点源数据难以表达所测参数的大范围空间变异特征(空间上不连续)，在时间上也往往不连续(固定观测站点除外),而且还存在观测误差、仪器误差、算法误差等。

遥感观测指在不同遥感平台上通过遥感仪器获取一定范围的测量值(原始辐射亮度)或由此定量反演的地表参数。它具有宏观、动态、实时的特点，但它有限的时间分辨率仅能反映时间上不连续的某瞬间的浅层地表信息，且遥感模型的定量反演带有较大的不确定性。就观测而言，地面观测和遥感观测是相辅相成、缺一不可的,地面“点”观测依赖于遥感“面”观测实现空间尺度的扩展;而遥感反演结果也依赖于地面“真值”的验证。2100433B

近地面通量观测系统采集数据文件包括由数据采集器处理后，通过终端计算机处理软件直接存储到计算机硬盘中的数据文件。数据文件分为湍流观测、梯度观测和风能观测三大类，其中湍流观测数据文件包括两类：一类是用来计算通量的高频原始数据（一般10Hz），用于后期做各种数据运算和处理；另一类是数据采集器在线计算得到的通量，以及计算通量运算中所需要的各种统计量，还包括能量平衡中常规传感器的测量结果。梯度观测数据除满足《地面气象观测规范》的要求外，同时需满足用于近地面边界层能量收支平衡的分析处理。风能观测数据是利用通量观测系统而获取除梯度观测资料以外的风资料，它也可以作为梯度观测资料的补充。

近地面通量观测直接测定方法(蒸渗仪、箱式法)

Lysimeter：蒸发渗漏仪(简称蒸渗仪)

观测原理：称重，前后两个时间观测的土柱质量差为这一观测时段该土柱的水的损失量

优点：直接观测，精度高；可以进行水分处理，进行不同科学目的的观测。缺点：自然代表性不够，应用范围相对较窄。

近地面通量观测间接测定方法(小气候法)

1、波文比方法

波文比(Bowen ratio)指地表感热通量与潜热通量之比，波文比可以描述空气的稳定状况：波文比越大，表明感热交换越强烈，空气越不稳定，波文比越小，空气稳定性越好。

原理：观测净辐射和波文比，就能计算获得感热通量和潜热通量。

误差来源：①平流影响：风浪区长度应该在是仪器安装高度的100倍以上；②空气稳定状况：适合于中性层结和不稳定层结；③仪器测量误差：提高仪器测量精度，及时维护保养。

2、涡度相关方法

平均值与脉动值：对于一个不断变化的量，它可以分解为两部分。

系统主要组成：(1)超声风速仪：10Hz频谱空气运动及其速度的三维测量；(2)湿度仪：测量水汽浓度；(3)CO₂气体分析仪：测量CO₂浓度。

近地面通量观测大尺度通量的观测(大孔径闪烁仪)

原理：空气的折射指数与感热通量之间在理论上存在一个关系；空气折射指数用折射指数的结构参数C_n²来描述其湍流强度；C_n²是一个与温度结构参数C_T²相关的一个参数。

系统主要组成：由一个发射器和一个接收器组成，发射器发射某个波段的一个光束，这个光束的强度由于空气湍流“闪烁”而发生改变，通过接收器获取被改变的光强度。

特点：测定发射器与接收器之间线状区域平均的感热通量；是一种大尺度(一般可达5km)的通量观测手段；对潜热通量的测定存在一定的问题。

近地面通量观测通量的分解测定(同位素技术)

发生同位素分馏作用后的同位素含量与发生分馏作用前的同位素含量之比定义为分馏系数。

某物质同位素的量等于该物质同位素比与该物质总量的乘积。

蒸散通量等于蒸发与蒸腾之和，蒸散的同位素通量等于蒸发同位素通量与蒸腾同位素通量之和。

水汽同位素的观测方法：（1）传统方法：野外通过冷阱装置提取水汽样，带入实验室，用同位素质谱仪分析；（2）原位连续测定技术——TDLAS：一种在野外进行原位的连续实施测定分析水汽同位素的仪器。

同位素观测技术的新发展：

美国LGR公司生产的系列同位素分析仪器：该系统应用光腔衰荡光谱技术 (CRDS)。光腔衰荡光谱技术是近年来发展起来的一种全新的激光吸收光谱技术，它变传统吸收光谱中对光强绝对值的测量为对光强衰减时间的测量，从而避免了光强波动对测量结果的影响。通过光脉冲在谐振腔中的多次反射，可获得极长的吸收程，大大提高了检测灵敏度。采用连续光源的连续波光腔衰荡光谱更具有极高的光谱分辨率和探测灵敏度。

特点：不需要参照标准样品，可连续现场测量；测量得到的是同位素比率R。 2100433B

近地面通量观测主要包括近地边界层大气温度、风、湿度、辐射、气压、降水量、蒸发量、土壤温度、土壤湿度、土壤热通量、地下水位、物质通量（水汽、碳通量）观测及热量、动量通量等要素观测，以此来获取不同代表性下垫面区域上大气边界层的动力、热力结构，多圈层相互作用过程中各种能量收支、物质交换等的综合信息。