
由于大氣中通量主要由各類湍流渦旋驅動,其觀測結果對儀器設計極為敏感,即使是很小的測量誤差也會隨著時間的推移而累積,或者在密集的原始數據處理步驟中傳播,從而導致通量的最終結果出現偏差。為此,我們整理出了優化渦度協方差站點配置的 3 個關鍵技巧,一起來看下吧。
技巧1:
選擇(最)適配應用場景的開/閉路渦度協方差系統
傳統開/閉路各自的優缺點:
優點 | 缺點 | |
開路系統 (Open-Path) |
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(致數據缺失)
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閉路系統 (Closed-Path) |
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渦旋的大小通常取決于他們離地表的距離,在近地表區,湍流由高頻小尺寸渦旋主導;開路渦度協方差傳感器在高頻段的響應性能更優,這意味著它能更好地測量小渦旋,因此更適用于農田、原生草原等短冠層生態系統。而在大尺寸渦旋主導的區域(比如森林冠層上方),閉路渦度協方差系統則是更理想的選擇。

Campbell方案:CPEC310的渦旋過濾(專)利技術和自動零點和跨度校正功能保證了系統在復雜環境條件下的長期穩定運行,同時采用5.9ml 小采樣腔室技術,使系統相比傳統閉路系統擁有更高的頻率響應(截止頻率4.3Hz)。這使其能夠在滿足絕大部分的場景應用的同時承擔更多艱難的任務。
技巧2:
實現渦度協方差觀測的真正時序精度
渦度協方差法的核心是衡量兩個物理量——垂直風速與標量(溫度和氣體濃度)的協同變化關系,非同步觀測會低估協方差值,進而導致通量估算結果偏小,最終產生不準確的數據。
使用共用一套電子元件的超聲風速儀與氣體分析儀,或選用內置時鐘可通過(全)球定位系統(GPS)等時間標準持續校準的儀器,這兩種方式可以從本質上保證觀測的同步性。

Campbell方案:IRGASON采用紅外氣體分析儀與超聲風速儀集于一體的(專)利設計,共測同一空間,避免了兩個傳感器在異空測定時的高頻通量損失,同時共用一套電子信號處理系統,更好地協調測定時間,無需校正時間延遲,極大地保證了觀測的同步性。
技巧3:
采用水平對稱傳感器,(最)大限度減少流場畸變
渦度協方差傳感器的核心功能是測量湍流。當傳感器部署在野外時,其自身存在會不可避免地影響風場——包括平均氣流和湍流流動。更優的野外安裝效果,離不開更合理的傳感器設計——水平對稱設計能讓氣流在儀器上下對稱分布,抵消幾何結構引發的畸變(Wyngaard, 1988),保障湍流測量精準。

Campbell方案:CSAT3B超聲風速儀采用符合空氣動力學的結構設計,搭配專屬定向支架,(最)大程度降低設備對湍流場的影響。其高精度的測量使得CSAT3B成為研究湍流運動和渦動相關研究的理想儀器。