通量观测场

观测高度要根据冠层的高度和风浪区的大小来决定。传感器离开冠层高度越高，影响到观测结果的上风侧的地表面积就会越大，因此需要更长的风浪区。为了提高通量观测的空间代表性，在能够满足风浪区要求的前提下，尽可能地提高观测高度是比较好的。应尽可能避免在冠层附近观测，这一点对森林生态系统的观测特别重要。原因是森林粗糙度大，与草地相比对通量影响的面积狭长，如果不能正确确定观测高度，所观测的结果可能仅仅是测点附近的特异通量值。

在决定观测高度的上限时，过去一般多采用风浪区与观测高度(离冠层平均高度的距离)的比作为指标。一般希望这个比值在3%以下。最近，通量贡献区(footprint)分析方法得到了应用，据此已经可以大致地评价通量观测结果的空1司代表性。所谓通量贡献区是表示上风向的地表面对观测通量结果贡献的权重系数，可用无限大的上风吹走距离积分表示，则其最大值为1。因此设定几个参数，事前计算通量贡献区，就可以作为决定观测高度时的重要参考。

在一个通量观测塔上需要安装许多观测仪器，必须注意各种仪器间可能产生的相互影响，以最小限度地减小对通量传感器的影响，同时也要考虑不同系统间观测数据相互校正和利用等对观测高度的要求，在减少相互影响的前提下，尽可能保持梯度观测与通量观测高度的一致性。

在通量塔附近，需要搭建放置数据记录器、数据采集、收藏工具和校正用的储气瓶等小屋或箱子，但搭建时必须注意不能扰乱观测环境。如果设置在观测塔的附近，观测小屋的屋顶可能影响净辐射、反射率或能量通量。另外，小屋作为分析仪器的工作间时，要将温度和湿度调节在机器能够正常工作的范围内，可以利用隔绝辐射和通风换气以防止高温影响，利用绝热设备以防止低温影响。在进行换气时，换气口上应安装防虫网，若电力供给充裕也可以考虑利用冷却器(cooler)和加热器(heater)。在气温日较差大，收藏箱内的相对湿度增高的情况下，需要采取防止结露的措施(如利用除湿剂等)。

在安装仪器时就必须考虑防止雷击的问题。虽然不可能防止落雷，但可以将落雷产生的危害控制到最小。因为雷具有容易落在比周围高的尖端物体上的特性，因此观测塔很容易受到雷击。雷的危害有直击雷和诱导雷两种。直击雷就是雷直接落在观测塔等物体上，产生10～100 kA的电流。直击雷产生的危害荏大，成为火灾的原因之一。而诱导雷是伴随直击雷流动的大电流产生非常强的电磁场在附近信号线和电源线发生瞬间的高压电流的现象。由于脉冲电流使电气仪器受到绝缘被破坏，功能停止、劣化等危害。为了避免或减轻雷击的危害，最有效的手段就是安装避雷针。在塔的顶端安装避雷针，

使用电阻小的地线接地。另外，安装避雷器(arrester)也有效果，将伴随落雷产生的大电流经地线向大地放电。再者，为了使接地电阻变小，地线的安装需要考虑如何使其与土壤的接触面积变大等办法。

通量塔的供电要尽可能地采用商用电源(AC)。随着观测技术的进步和研究工作的发展，观测系统的电器的数量会不断地增加，因此对电容量的设计应留有充分的余地。在森林内配线，最好将电源线放进保护管内埋设在地下，或者铺设在地上，以避免倒木或落枝损伤和切断。为防止停电和电压不稳，应准备好备用电源、储蓄电和稳压设备。

在偏远地方无商用电源时，可考虑使用专用发电机和太阳能电池。在利用发电机时，为了避免排气中的高浓度CO2对通量观测的影响，应该慎重地考虑风向和地形，在离塔足够远的地方安装发电机。最好要准备备用发电机和蓄电池，以便在检査维护作业和发生故障时应急使用。若利用太阳能系统，必须有发电用的太阳能电池和充电用的蓄电池。在白天晴朗的时间段里发电，其发电量超过观测系统的耗电量，将剩余的电量用于充电。充电的电量，用于夜间和白天发电量少的时间段的消耗。为了防止过分充电和过分放电引起蓄电池性能的劣化，应使用充电控制器。另外，在高寒地域或多雨地区经常会因为太阳能发电不足影响观测，对此应给予充分的注意。 2100433B

几乎所有的通量观测都是从确定观测对象(生态系统)开始的，然后是寻找合适的森林、草地或农田观测场所。观测场所选择是一个重要问题，它关系到所获得数据的价值。观测工作一旦开始，再移动观测点就需要花费很大的物力和财力，也会浪费观测研究的时间，因此观测点的选择确定必须慎重。

通量观测理想的场所是地形平坦、植被均质分布的下垫面。虽然倾斜坡地和起伏较大的复杂地形上的通量观测也是非常重要的研究课题，但应尽可能寻找符合理想条件的观测场所。在站点选择时，可以利用待选观测点(或地域)以往的气象资料调査分析盛行风的季节变化。设置观测塔的场所选择要求在生物活动的活跃时期，尽可能在上风侧具有长的风浪区(fetch)。在风的状况不明时，可以选择尽可能大的平坦植被斑块，在其中央附近建立观测塔。同时还要考虑道路和商用电源的利用条件，过于远离可以驶人汽车的道路，不但在设备安装、维护和检修方面都花费大量劳力，也给长期的观测工作带来诸多不便，难以保证观测数据的质量。

草地和水田的观测多使用高度为2～3 m的简易的三脚架式的杆，而森林需要建立10～50 m的观测塔。观测塔大致区分为三角结构和以脚手架构成的矩形结构，分别有拉线式和自立式，其中拉线式的比较经济。三角型观测塔，一般使用耐腐蚀的镀锌钢材，利用塔本身的结构材料作梯子，人工作业在塔的外侧上下移动，而脚手架型观测塔则使用设置在内侧的阶梯作为人工作业通道。

为了减少塔对通量观测的影响，最好选择断面积小，风容易穿过(密闭度小)的结构。然而为了满足观测设备安装和维护、校正等作业的需要，要在靠近观测高度处设置脚手架(阶梯)。若考虑器材搬运和安全性，则内侧有阶梯的观测塔更为便利。另外，建设塔时必须充分注意不能破坏周围的植被，防止产生空隙林窗，也应注意林床的状态，为了保护土壤和林床植物，最好设置木道。

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。

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