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升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施：采用開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)
Campbell Scientific IRGASON 渦動(dòng)協(xié)方差（EC）系統(tǒng)的安裝顯著提升了 VAS 的科研能力。該系統(tǒng)提供可靠、高質(zhì)量的通量測(cè)量數(shù)據(jù)，支持衛(wèi)星驗(yàn)證、葡萄園碳監(jiān)測(cè)及前沿機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）研究。
通過(guò)野外觀測(cè)的設(shè)計(jì)理念及結(jié)合精密的傳感器，Campbell Scientific 幫助 VAS 從衛(wèi)星驗(yàn)證站點(diǎn)擴(kuò)展為先進(jìn)的碳通量和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）研究中心。目前，VAS 已成為一個(gè)(典)范，展示了如何集成地面測(cè)量系統(tǒng)增強(qiáng)地球觀測(cè)（EO）科學(xué) —將實(shí)地測(cè)量、衛(wèi)星數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)分析整合到一個(gè)統(tǒng)一的研究平臺(tái)。
由瓦倫西亞大學(xué)運(yùn)營(yíng)的瓦倫西亞錨定站（VAS）是歐洲最重要的地球觀測(cè)（EO）驗(yàn)證站點(diǎn)之一。該站點(diǎn)位于西班牙瓦倫西亞西北約 80 公里處的拉普拉納 - 烏蒂埃爾 - 雷奎納地區(qū)，自 2002 年起便支持衛(wèi)星產(chǎn)品驗(yàn)證活動(dòng)。
為提升其在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳通量與水通量測(cè)量方面的能力，瓦倫西亞錨定站（VAS）于 2013 年升級(jí)了基礎(chǔ)設(shè)施，安裝了 Campbell Scientific 公司的 IRGASON™開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差（EC）系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的添加實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄園生態(tài)系統(tǒng)中二氧化碳（CO?）、水汽及地表能量通量的連續(xù)、高精度測(cè)量。
如今這片 1 平方公里的實(shí)驗(yàn)葡萄園配備了*的固定與移動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，為衛(wèi)星任務(wù)及高級(jí)建模研究提供了全面的地面真值驗(yàn)證平臺(tái)。
遇到的挑戰(zhàn)
1. VAS 為多個(gè)國(guó)際衛(wèi)星任務(wù)提供驗(yàn)證支持，包括：
NASA CERES
EUMETSAT/ESA GERB
ESA/JAXA EarthCARE
ESA SMOS
NASA SMAP
Copernicus Sentinel-3
EUMETSAT MetOp
GNSS 反射計(jì)測(cè)量任務(wù)
為驗(yàn)證這些系統(tǒng)，必須精確測(cè)量地表輻射分量、土壤濕度、光合有效輻射吸收分?jǐn)?shù)（FAPAR）、葉面積指數(shù)（LAI）、葉片葉綠素與氮含量，以及 CO?和水汽通量。該站點(diǎn)的主要土地覆蓋類(lèi)型為葡萄園（間種杏仁樹(shù)和橄欖樹(shù)），需要精確的微氣象測(cè)量以確保通量數(shù)據(jù)具有代表性。
2. 關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，包括：
確保足夠的園區(qū)長(zhǎng)度與代表性
最小化湍流傳感器周?chē)臍饬骰?/span>
將渦動(dòng)協(xié)方差（EC）測(cè)量與輻射及土壤數(shù)據(jù)相結(jié)合
同時(shí)支持運(yùn)行監(jiān)測(cè)與高級(jí)研究
解決方案
VAS 安裝了 Campbell Scientific 公司的 IRGASON™開(kāi)路渦動(dòng)協(xié)方差（EC）系統(tǒng)，用于測(cè)量以下參數(shù)：CO?通量、水汽通量、感熱、潛熱（蒸散）及地表能量平衡分量。該系統(tǒng)安裝遵循了 Campbell Scientific 公司關(guān)于最小化氣流畸變的指導(dǎo)方針 —— 通過(guò)將湍流傳感器朝向主導(dǎo)風(fēng)向。風(fēng)玫瑰圖分析確認(rèn)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，因此 EC 系統(tǒng)也相應(yīng)地進(jìn)行了調(diào)整。這套全面的系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)完整的葡萄園尺度地表 - 大氣交換觀測(cè)站。
結(jié)果
連續(xù)渦動(dòng)協(xié)方差（EC）測(cè)量結(jié)果揭示：
隨著葡萄冠層的發(fā)育，夏季水汽通量增加明顯
生長(zhǎng)旺季 CO?固存量上升
詳細(xì)的周尺度地表能量平衡動(dòng)態(tài)
能量平衡分析顯示，輻射輸入與湍流通量之間存在強(qiáng)相關(guān)性，從而能夠充分表征葡萄園的蒸散和碳吸收。
機(jī)器學(xué)習(xí)集成
高質(zhì)量的渦動(dòng)協(xié)方差（EC）數(shù)據(jù)集為開(kāi)創(chuàng)性的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）研究提供了支持：
評(píng)估了 9 種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，用于預(yù)測(cè)感熱、蒸散及 CO?通量
輻射分量被確定為最關(guān)鍵的預(yù)測(cè)變量
模型僅使用常規(guī)氣象輸入即可成功模擬 EC 通量
這項(xiàng)工作從葡萄園站點(diǎn)擴(kuò)展到歐洲尺度的研究，使用了來(lái)自 28 個(gè)站點(diǎn)的綜合碳觀測(cè)系統(tǒng)（ICOS）的數(shù)據(jù)，展示了利用混合機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)模型提前一年預(yù)測(cè)大氣 CO?濃度的能力。
產(chǎn)生的效益
衛(wèi)星驗(yàn)證的高精度地面真值：IRGASON 渦動(dòng)協(xié)方差（EC）系統(tǒng)提供連續(xù)的研究級(jí)通量測(cè)量，為多個(gè)國(guó)際衛(wèi)星任務(wù)的驗(yàn)證提供支持。
具有代表性的葡萄園尺度測(cè)量：優(yōu)化的安裝高度與主導(dǎo)風(fēng)方向?qū)R，確保在 1 平方公里葡萄園區(qū)域內(nèi)通量的可靠代表性。
綜合能量平衡監(jiān)測(cè)：同步的輻射、土壤和湍流通量測(cè)量支持完整的地表能量平衡評(píng)估。
適用于高級(jí)建模的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)：高頻 EC 數(shù)據(jù)為本地和大陸尺度的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)及預(yù)測(cè)應(yīng)用提供支持。
長(zhǎng)期研究基礎(chǔ)設(shè)施：自 2013 年以來(lái)，該 EC 系統(tǒng)提供穩(wěn)定、連續(xù)的測(cè)量數(shù)據(jù)，為同行評(píng)審研究和國(guó)際合作奠定基礎(chǔ)。
教育與人才培養(yǎng)：該系統(tǒng)為物理和環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，證明高性能研究?jī)x器可在學(xué)術(shù)培訓(xùn)環(huán)境中有效利用。
為什么選擇 Campbell Scientific？
Campbell Scientific 儀器具備以下優(yōu)勢(shì)：
一體式渦動(dòng)協(xié)方差（EC）測(cè)量能力
經(jīng)驗(yàn)證的湍流測(cè)量準(zhǔn)確度
*的野外耐用性
靈活的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
符合渦動(dòng)協(xié)方差（EC）部署的最佳實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)
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