波文比法的原理仪器及问题分析PPT学习教案

1、会计学1 波文比法的原理仪器及问题分析波文比法的原理仪器及问题分析PPT课课 件件 LE H 第1页/共24页 DAJQLEHR SN 第2页/共24页 图为高度为图为高度为Z ZR R，底面积为单位水平面积的气柱中，典型的白天能量通量密，底面积为单位水平面积的气柱中，典型的白天能量通量密 度（度（H Hl l为均一植物的高度）。（为均一植物的高度）。（a a）：方程（）：方程（1.21.2）中的输入项与贮存项；）中的输入项与贮存项； （b b）：方程（）：方程（1.21.2）中的输出项。）中的输出项。 第3页/共24页 ; ; uH H、LELE、Q QS S不能忽略不能忽略。 SN QLE

2、HR (1.3) 第4页/共24页 RNDQSJAHLE 近日出近日出 0551038 中中 午午 5002525212461 近日落近日落 01551023 午午 夜夜 5010252320 1.波文比波文比- -能量平衡法的测定原理能量平衡法的测定原理 1.2 波文比波文比- -能量平衡方程的导出能量平衡方程的导出 表表1 1 植被上方典型的能量平衡（单位：瓦植被上方典型的能量平衡（单位：瓦/ /米米2 2） 第5页/共24页 LE H 1.波文比波文比- -能量平衡法的测定原理能量平衡法的测定原理 1.2 波文比波文比- -能量平衡方程的导出能量平衡方程的导出 SN QLEHR 1 SN

3、 QR LE 1 1 SN QR H z KCH HP z q KE q z q KLLE q P e q L PCP e z e K C z KC q P HP KH:热量湍流交换系数热量湍流交换系数 Kq:水汽湍流交换系数水汽湍流交换系数 :位温位温(用气温代替用气温代替) q:比湿比湿 CP:空气定压比热空气定压比热 e:水汽压水汽压 P:大气压大气压 18/29 :干湿球湿度计常数干湿球湿度计常数 L:水的汽化潜热水的汽化潜热 第6页/共24页 2.波文比波文比- -能量平衡法的问题探讨能量平衡法的问题探讨 第7页/共24页 相差很大。相差很大。 2.波文比波文比- -能量平衡法的问题

4、探讨能量平衡法的问题探讨 第8页/共24页 2.波文比波文比- -能量平衡法的问题探讨能量平衡法的问题探讨 第9页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 第10页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 波文比全自动观测系统测定冬小麦冠层能量平衡波文比全自动观测系统测定冬小麦冠层能量平衡 第11页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 波文比控制波文比控制 箱箱 023/CO2波文比流动控制器波文比流动控制器 l应用能量平衡波文比技术测量应用能量平衡波文比技术测量 水蒸气、水蒸气、CO2、温度梯度、温度梯度 8 CR23X 数据采集器数据采集器 8 Li-Cor6262 CO2/H2O红外

5、分红外分 析仪析仪 l所测变量：所测变量： 8 H2O 梯度梯度 8 用热电偶测两层高度空气温用热电偶测两层高度空气温 度度 8 净辐射净辐射 8 总土壤热通量总土壤热通量 第12页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.2 换位式波文比仪换位式波文比仪 1:支架支架 2:倒向电机倒向电机 3:皮带皮带 4:托架托架2个个 5:通风干湿表通风干湿表2个个 6:限位开关限位开关 7:温湿度测量电路温湿度测量电路 8:换位控制电路换位控制电路 9:数据采集及控制电路数据采集及控制电路 10:电源电路电源电路 11:计算机计算机 12:立柱立柱2根根 13:高度标尺高度标尺 第13页/共24页

6、 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.2 换位式波文比仪换位式波文比仪 工作原理工作原理: :两根立柱垂直放置，支架两根立柱垂直放置，支架 上端安装倒向电机上端安装倒向电机2 2，倒向电机带动，倒向电机带动 皮带皮带3,3,两个通风干湿表两个通风干湿表5 5分别安装在分别安装在 托架托架4 4上，两个托架分别与两个立柱上，两个托架分别与两个立柱 滑动配合，皮带的两端分别系住两个托架。在倒向电机的下面，每个立柱滑动配合，皮带的两端分别系住两个托架。在倒向电机的下面，每个立柱 的上端各安装一个限位开关的上端各安装一个限位开关6 6。托架在倒向电机的带动下沿立柱向上滑动。托架在倒向电机的带动下沿立柱向

7、上滑动, , 托架触及到限位开关后，倒向电机停止转动。两个通风干湿表分别达到最托架触及到限位开关后，倒向电机停止转动。两个通风干湿表分别达到最 高检测点和最低检测点。经过一段稳定时间，两个通风干湿表开始检测数高检测点和最低检测点。经过一段稳定时间，两个通风干湿表开始检测数 值，该数值送到温湿度测量电路值，该数值送到温湿度测量电路7 7进行放大等信号处理进行放大等信号处理, ,计算机计算机1111发出指令发出指令 指挥数据采集及控制电路指挥数据采集及控制电路9,9,按照特定的时间发出数据采集指令给温湿度测按照特定的时间发出数据采集指令给温湿度测 量电路量电路7 7进行下一步数据采集进行下一步数据

8、采集, ,换位控制电路换位控制电路8 8按照数据采集及控制电路按照数据采集及控制电路9 9的的 指令控制倒向电机的转动指令控制倒向电机的转动, ,电源电路电源电路1010给各电路给各电路7,8,97,8,9提供动力电源。一般提供动力电源。一般 情况情况, ,两个通风干湿表每隔两个通风干湿表每隔5-105-10分钟换位一次分钟换位一次, ,换位时间可调，换位后通风换位时间可调，换位后通风 干湿表达到稳定后开始检测数值。干湿表达到稳定后开始检测数值。 第14页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.2 换位式波文比仪换位式波文比仪 优点：优点：在实际使用的各种梯度在实际使用的各种梯度 测量中

9、，一般都采用通过空气测量中，一般都采用通过空气 中两点的测量计算得到梯度。中两点的测量计算得到梯度。 同样，当温度传感器的精度高同样，当温度传感器的精度高 于实际温度梯度时，可以通过使用换位式波文比观测仪，达到于实际温度梯度时，可以通过使用换位式波文比观测仪，达到 进一步提高测量精度的目的。其具体方法是：采用两个温、湿进一步提高测量精度的目的。其具体方法是：采用两个温、湿 度传感器在一个换位周期的两组测量值之差取平均的方法，以度传感器在一个换位周期的两组测量值之差取平均的方法，以 达到消除系统误差的目的，从而提高了波文比仪的测量精度。达到消除系统误差的目的，从而提高了波文比仪的测量精度。 第1

10、5页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.2 换位式波文比仪换位式波文比仪 注意：注意：(1)(1)温度传感的换位平衡时间温度传感的换位平衡时间 对系统的影响对系统的影响: :该仪器在工作中，每该仪器在工作中，每 一次换位必然带来温度传感器重新一次换位必然带来温度传感器重新 建立平衡的问题。故在换位完成后建立平衡的问题。故在换位完成后, , 不能立即进行温度采样，要在两温度传感器与换位后的气温建立新的平衡不能立即进行温度采样，要在两温度传感器与换位后的气温建立新的平衡 后再开始采样才能保证仪器的正常使用。后再开始采样才能保证仪器的正常使用。 (2)(2)换位周期对测量的影响换位周期对测

11、量的影响: :由于该仪器的工作过程是建立在一个换位周期由于该仪器的工作过程是建立在一个换位周期 时间内的，在这一周期中气温剖面会有变化，气温梯度也可能不稳定，所时间内的，在这一周期中气温剖面会有变化，气温梯度也可能不稳定，所 以换位周期的时间长短程度及气温的变化程度决定了对整个系统的影响程以换位周期的时间长短程度及气温的变化程度决定了对整个系统的影响程 度，一般换位时间周期越长对系统的影响越大。但在实际大气中，高低两度，一般换位时间周期越长对系统的影响越大。但在实际大气中，高低两 点间的气温的变化是很有限的。所以只要把两次测量之间的实际大气变化点间的气温的变化是很有限的。所以只要把两次测量之间

12、的实际大气变化 量控制在仪器固有的精度以内，就对换位式测量没有影响。量控制在仪器固有的精度以内，就对换位式测量没有影响。 (3)(3)换位距离的选择换位距离的选择: :一般说两传感器间的距离越大，一般说两传感器间的距离越大，的测量越容易但的测量越容易但 在实际大气中使用却不一定完全如此。一旦两传感器之间的气温剖面不是在实际大气中使用却不一定完全如此。一旦两传感器之间的气温剖面不是 单调剖面就会造成方法上的失败。故换位距离近一点更保险些。单调剖面就会造成方法上的失败。故换位距离近一点更保险些。 第16页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.3 多通道波文比观测仪多通道波文比观测仪 组成：

13、组成： 本套波文比观测仪由本套波文比观测仪由 温湿度传感器温湿度传感器、数据数据 采集仪采集仪、热流传感器热流传感器 、通风电机通风电机、太阳能太阳能 供电装置供电装置、辐射表辐射表和和 支架支架等部分组成。等部分组成。 多通道波文比仪框架图多通道波文比仪框架图 第17页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.3 多通道波文比观测仪多通道波文比观测仪 各传感器主要性能：各传感器主要性能： (1)干湿球温度传感器干湿球温度传感器 (a)(a)空气温度传感器测量空气温度传感器测量 范围范围:-20:-20+60+60 (b)(b)精度精度: :0.10.1 该传感器经调试其电阻值与该传感器经

14、调试其电阻值与 温度之间呈强负相关。温度之间呈强负相关。 多通道波文比仪框架图多通道波文比仪框架图 第18页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.3 多通道波文比观测仪多通道波文比观测仪 各传感器主要性能：各传感器主要性能： (2)TBQ-2型型辐射传感器辐射传感器 (a)(a)灵敏度灵敏度:11.022vw:11.022vwm m-2 -2 (b)(b)响应时间响应时间:30sec(99%):30sec(99%) (c)(c)线形误差线形误差:3%:3% (d)(d)温度特性温度特性:5%:5% (-40 (-40+40)+40) (e)(e)稳定度稳定度:2%:2% 辽宁锦州辽宁锦

15、州323323研究所生产研究所生产. . 多通道波文比仪框架图多通道波文比仪框架图 第19页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.3 多通道波文比观测仪多通道波文比观测仪 各传感器主要性能：各传感器主要性能： (3)数据采集仪数据采集仪 采用自行研制的多通道温度测量采用自行研制的多通道温度测量 仪仪, ,可自动并行测量可自动并行测量8 8个通道的温个通道的温 度，各度，各2 2个通道的热流和辐射个通道的热流和辐射, ,获获 得各测点的同步变化信息，消除得各测点的同步变化信息，消除 测量过程由于人为原因造成的误测量过程由于人为原因造成的误 差。采用软件同时检测各通道电差。采用软件同时检测

16、各通道电 平高低平高低, ,进行逻辑分析运算进行逻辑分析运算, ,对各对各 通道的测量值同时进行计数，再通道的测量值同时进行计数，再 经经80C3180C31单片机数学处理后转换单片机数学处理后转换 为温湿度为温湿度, ,热流热流, ,辐射值并同时将辐射值并同时将 数据贮存。数据贮存。 多通道波文比仪框架图多通道波文比仪框架图 第20页/共24页 3.有关仪器介绍有关仪器介绍 3.3 多通道波文比观测仪多通道波文比观测仪 各传感器主要性能：各传感器主要性能： (4) HF-1型型热流传感器热流传感器 (a)(a)内阻内阻:300:300 (b)(b)温度范围温度范围:-40:-40120120 (c)(c)尺寸尺寸:120:12014144(mm)4(mm) (d)(d)热流量热流量(W(Wm m-2 -2) ) = =系数系数(W(Wm m-2 -2mv) mv)输出输出(mv)(mv) (e)(e)测量范围测量范围:0:02000%W2000%Wm m-2 -2 (f)(f)精度精度:5%:5% 辽宁锦