一种地表感热/潜热通量测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种地表感热/潜热通量测量系统，包括，便携式自动气象站，其被配置为获取观测区域内的空气温度Ta和湿度Rh；四分量净辐射传感器，其被配置为获取观测区域内的净辐射Rn；土壤热通量板，其被配置为获取观测区域内的土壤热通量G；植被覆盖度摄影测量仪，其被配置为获取观测区域内的植被覆盖度f；植物冠层数字图像分析仪，其被配置为获取观测区域内的叶面积指数LAI；红外温度传感器，其被配置为获取观测区域内的地表温度Ts；以及计算机，其被配置为根据所述便携式自动气象站、四分量净辐射传感器、土壤热通量板、植被覆盖度摄影测量仪、植物冠层数字图像分析仪以及红外温度传感器的观测数据计算观测区域内的地表感热通量H和潜热通量LE。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地表参数测量系统。更具体地，涉及一种地表感热/潜热通量测量系统。
技术介绍
感热通量为地表与大气间垂直方向上湍流扩散所形成的热量输送。地表潜热通量为下垫面与大气之间水分的热交换所消耗的能量。地表潜热通量表现为蒸散所消耗的热量，由蒸散量和汽化潜热可得潜热通量。地表感热/潜热通量的观测是流域水资源管理、农作物灌溉制度制定、农业用水效率评价、区域旱情监测、农业节水等应用领域的基础，同时也是构建土壤-植被-大气连续体能量和水量迁移转换，进行陆-气耦合模拟研究的前提。地表感热/潜热通量的观测结果能够为水利、农业、林业专业技术人员提供重要的下垫面状况信息，为辅助决策提供重要支持信息。地表感热/潜热通量的测量方法包括液态水分消耗测量和水汽输送测量两大类。对于液态水分的测量主要有三类:水量平衡法，器测法和植物生理测定技术。蒸渗仪基于水量平衡原理，将一定深度的原状土柱装入一个可控容器中，通过称重或者量取水量的方式实现蒸散量的观测，由蒸散量和蒸发潜热可以得到地表潜热通量。蒸渗仪可以直接实现蒸散的观测，但是构建和维护的费用较高，观测代表性有限，此外，容易受到周围环境的影响。液流法是使用传感器垂直放入植物的木质部分，用于测量植物木质部分的水分流量，通常用于测定树木的蒸腾时使用。水汽传输测量方法有波文比-能量平衡法，涡度相关方法，大孔径闪烁仪测量方法和空气动力学技术。波文比法基于地面以上两层高度之间的气温差和水汽压差来计算波文比，结合测量的净辐射和土壤热通量实现感热、潜热的计算。波文比法适用于下垫面均匀平坦无平流影响的区域。涡度相关方法使用快速相应湍流仪器，如超声风速仪，红外水汽，二氧化碳分析仪器等，可直接测量风速分量和水汽等的脉动值，每秒采样10-20次，连续观测10-30分钟，可以覆盖对近地层通量输送有贡献的主要湍流涡旋。计算脉动量的协方差，就可以得到潜热通量。大孔径闪烁仪由发射仪和接收仪两部分组成，两者相距一定的距离放置，接收仪接收受到光程上大气波动影响的发射波束，并使用折射等结构参数来表达大气的湍流强度，进而推算显热通量，然后利用能量平衡余项法方法来计算潜热通量。然而，涡度相关和大孔径闪烁仪的观测问题远未解决。近地层能量闭合问题是困扰通量观测的难题。能量闭合问题主要表现为测量到的感热和潜热通量之和小于近地层可用能量。目前，地表感热/潜热通量测量系统仍然具有较大的不确定性，尤其是复杂非均匀下垫面的地表感热/潜热通量缺乏有效的观测手段，是目前研究和实际应用的难点。因此，需要提供一种地表感热/潜热通量测量系统，以解决上述问题。
技术实现思路
本技术的目的在于是提供一种地表感热/潜热通量测量系统，以解决复杂非均匀下垫面的地表感热/潜热通量有效的观测。为达到上述目的，本技术采用下述技术方案：一种地表感热/潜热通量测量系统，包括，便携式自动气象站1，被配置为获取观测区域内的空气温度Ta和湿度Rh；四分量净辐射传感器2，被配置为获取观测区域内的净辐射Rn；土壤热通量板6，被配置为获取观测区域内的土壤热通量G；植被覆盖度摄影测量仪4，被配置为获取观测区域内的植被覆盖度f；植物冠层数字图像分析仪5，被配置为获取观测区域内的叶面积指数LAI；红外温度传感器3，被配置为获取观测区域内的地表温度Ts；以及，计算机7，被配置为根据所述便携式自动气象站1、四分量净辐射传感器2、土壤热通量板6、植被覆盖度摄影测量仪4、植物冠层数字图像分析仪5以及红外温度传感器3的观测数据计算观测区域内的地表感热通量H和潜热通量LE。优选的，所述系统进一步包括数据线9和数据采集器8；所述数据采集器8被配置为采集所述观测数据，并将所采集的观测数据传送至计算机7。本技术的有益效果如下：提供一种地表参数测量系统，特别是一种地表感热/潜热测量系统，利用地表感热通量估算的廓线方程和地表温度和植被覆盖度所构成的理论特征空间四个角点方程，实现辐射-对流阻抗的计算，进而实现地表感热/潜热通量的计算。可满足区域水资源管理、农业用水效率评价、区域旱情监测、农业节水等方面的应用领域的需求。附图说明下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本技术所述系统结构图。图2示出植被覆盖度f和地表温度Ts的理论二维空间。具体实施方式为了更清楚地说明本技术，下面结合优选实施例和附图对本技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本技术的保护范围。一、系统配置如图1所示，所述区域地表感热/潜热通量测量系统包括：便携式自动气象站1，被配置为获取观测区域内的空气温度Ta和湿度Rh；四分量净辐射传感器2，被配置为获取观测区域内的净辐射Rn；土壤热通量板6，被配置为获取观测区域内的土壤热通量G；植被覆盖度摄影测量仪4，被配置为获取观测区域内的植被覆盖度f；植物冠层数字图像分析仪5，被配置为获取观测区域内的叶面积指数LAI；红外温度传感器3，被配置为获取观测区域内的地表温度Ts；数据采集器8，被配置为采集上述观测数据；计算机7，被配置为根据所述数据采集器8采集的数据计算观测区域内的地表感热通量H和潜热通量LE；以及，数据线9，被配置为传输所述数据。其中，所述四分量净辐射传感器2采用荷兰Klipp&Zonen CNR4，所述植物冠层数字图像分析仪5采用LAI-2000。二、计算机工作原理首先，进行辐射-对流阻抗的计算，所述计算机7根据所述值被覆盖度f和地表温度Ts的二维空间以及感热通量估算的温度廓线方程进行辐射-对流阻抗rae计算；所述感热通量H估算的温度廓线方程为： 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 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地表感热/潜热通量测量系统，其特征在于，包括，便携式自动气象站(1)，被配置为获取观测区域内的空气温度Ta和湿度Rh；四分量净辐射传感器(2)，被配置为获取观测区域内的净辐射Rn；土壤热通量板(6)，被配置为获取观测区域内的土壤热通量G；植被覆盖度摄影测量仪(4)，被配置为获取观测区域内的植被覆盖度f；植物冠层数字图像分析仪(5)，被配置为获取观测区域内的叶面积指数LAI；红外温度传感器(3)，被配置为获取观测区域内的地表温度Ts；以及，计算机(7)，被配置为根据所述便携式自动气象站(1)、四分量净辐射传感器(2)、土壤热通量板(6)、植被覆盖度摄影测量仪(4)、植物冠层数字图像分析仪(5)以及红外温度传感器(3)的观测数据计算观测区域内的地表感热通量H和潜热通量LE。

【技术特征摘要】
1.一种地表感热/潜热通量测量系统，其特征在于，包括，便携式自动气象站(1)，被配置为获取观测区域内的空气温度Ta和湿度Rh；四分量净辐射传感器(2)，被配置为获取观测区域内的净辐射Rn；土壤热通量板(6)，被配置为获取观测区域内的土壤热通量G；植被覆盖度摄影测量仪(4)，被配置为获取观测区域内的植被覆盖度f；植物冠层数字图像分析仪(5)，被配置为获取观测区域内的叶面积指数LAI；红外温度传感器(3)，被配置为获取观测区域内的地...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永民，黄诗峰，李琳，辛景峰，曲伟，李小涛，李蓉，庞治国，付俊娥，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11