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航海通量觀測系統(tǒng)
閱讀：1111 發(fā)布時間：2025-1-20
海氣界面的動量通量、熱量通量和物質(zhì)通量是實現(xiàn)海洋與大氣相互作用的主要途徑，是影響全球氣候變化的重要機制。航海通量觀測系統(tǒng)的研究對海洋生態(tài)環(huán)境、刻畫大氣波導(dǎo)特征和提高海洋大氣耦合數(shù)據(jù)模式預(yù)報能力等方面具有重要應(yīng)用價值和科學(xué)意義。海氣CO2交換速率及通量的測定、估算是碳循環(huán)研究的重要內(nèi)容。渦動相關(guān)法是海氣間熱量、物質(zhì)與能力交換通量觀測的標(biāo)準(zhǔn)方法，但船載的走航式渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)需解決船體不穩(wěn)定、空間定位難等諸多問題。
天諾基業(yè)精心打造的走航式海氣通量觀測系統(tǒng)利用姿態(tài)儀（船體運動監(jiān)測系統(tǒng)）、高精度差分GPS，對船體運動及位置信息進行校正，以及經(jīng)過實踐檢驗的數(shù)據(jù)分析程序，Edson提出的船體運動校正公式在線計算獲得真實風(fēng)速，可以有效降低船體運動對海氣通量觀測的誤差影響，并實現(xiàn)通量在線觀測和數(shù)據(jù)在線處理的同步進行。
走航式海氣通量觀測系統(tǒng)以O(shè)PEC系列開路渦動通量觀測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增加了姿態(tài)儀、GPS等船體運動監(jiān)測儀器，對船載特定環(huán)境進行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)及經(jīng)緯度修正，并專門開發(fā)了用于進行數(shù)據(jù)分析與修正的軟件程序。同時，結(jié)合海洋高濕度、高鹽度的特點，選用高質(zhì)量的海洋型專用儀器設(shè)備，提高系統(tǒng)的海洋適用性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，有效提高通量觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)包括美國Campbell Scientific Inc.（CSI）的IRGASON一體式三維超聲/水汽二氧化碳分析儀為測量核心（亦可選擇CSAT3三維超聲風(fēng)傳感器+EC150水汽二氧化碳分析儀），以高性能的CR3000數(shù)據(jù)采集器作為數(shù)據(jù)采集與控制中心，能夠進行100Hz的高速掃描，結(jié)合多層（桅桿5m、10m、20m等，亦可用戶自定義）的高精度溫濕度傳感器、紅外溫度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、雨量筒和凈輻射傳感器等，從而實現(xiàn)全系統(tǒng)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠、高速運行。
觀測數(shù)據(jù)既可以存儲到CF卡中（最大支持16GB）， 也可采用有線或無線方式，通過局域網(wǎng)、Internet、衛(wèi)星等多種途徑實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳輸，支持3G、GPRS、WiFi、微波電臺等多種無線通訊方式。
全套系統(tǒng)既可以使用太陽能供電，也可以由載船提供交流電，以“交轉(zhuǎn)直"的方式通過電池供電。
10Hz原始數(shù)據(jù)在線處理流程
也可采用愛丁堡大學(xué)開發(fā)的EDIRE軟件，對原始數(shù)據(jù)進行離線處理，檢查超聲儀和紅外氣體分析儀的傳感器異常標(biāo)志（flag）、原始記錄的異常情況，特別是去除超出物理上合理范圍（閾值）的數(shù)值，去除‘野點’，進行修正，對湍流平穩(wěn)性、相似性檢驗與通量質(zhì)量進行評級，并做通量代表性（Footprint）檢驗。
EDIRE軟件界面
特點
特為高濕度、高鹽度的海洋環(huán)境設(shè)計，穩(wěn)定可靠
可進行實時在線數(shù)據(jù)處理
多種通訊方式選擇，靈活方便
低功耗，可由太陽能供電
良好系統(tǒng)兼容性及擴展性
提供數(shù)據(jù)處理程序
輸出參數(shù)
CO2混合比（μmol/mol）
H2O混合比（mmol/mol）
氣體分析儀診斷值
采樣室溫度（℃）
采樣室壓力（kPa）
CO2信號強度
H2O信號強度
采樣室內(nèi)外壓差（kPa）
Ux（m/s）
Uy（m/s）
Uz（m/s）
超聲虛溫（℃）超聲風(fēng)速儀診斷值
綜合技術(shù)參數(shù)
工作溫度：-30~50℃
環(huán)境濕度：0~100%RH
工作氣壓：70~106kPa
基礎(chǔ)測量頻率：100Hz
輸出速率：5~50Hz，可自定義
供電：12V DC或220V AC
姿態(tài)朝向范圍：3軸360°
加速度范圍：±5g
附加輸入：大氣空氣和大氣壓力