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航海通量觀測系統
閱讀：499 發布時間：2025-1-20
海氣界面的動量通量、熱量通量和物質通量是實現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。航海通量觀測系統的研究對海洋生態環境、刻畫大氣波導特征和提高海洋大氣耦合數據模式預報能力等方面具有重要應用價值和科學意義。海氣CO2交換速率及通量的測定、估算是碳循環研究的重要內容。渦動相關法是海氣間熱量、物質與能力交換通量觀測的標準方法，但船載的走航式渦動相關通量觀測系統需解決船體不穩定、空間定位難等諸多問題。
天諾基業精心打造的走航式海氣通量觀測系統利用姿態儀（船體運動監測系統）、高精度差分GPS，對船體運動及位置信息進行校正，以及經過實踐檢驗的數據分析程序，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，并實現通量在線觀測和數據在線處理的同步進行。
走航式海氣通量觀測系統以OPEC系列開路渦動通量觀測系統為基礎，增加了姿態儀、GPS等船體運動監測儀器，對船載特定環境進行坐標旋轉及經緯度修正，并專門開發了用于進行數據分析與修正的軟件程序。同時，結合海洋高濕度、高鹽度的特點，選用高質量的海洋型專用儀器設備，提高系統的海洋適用性和系統穩定性，有效提高通量觀測數據的準確性。系統包括美國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CSAT3三維超聲風傳感器+EC150水汽二氧化碳分析儀），以高性能的CR3000數據采集器作為數據采集與控制中心，能夠進行100Hz的高速掃描，結合多層（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、風速風向傳感器、雨量筒和凈輻射傳感器等，從而實現全系統的準確、穩定、可靠、高速運行。
觀測數據既可以存儲到CF卡中（最大支持16GB）， 也可采用有線或無線方式，通過局域網、Internet、衛星等多種途徑實現數據的遠距離傳輸，支持3G、GPRS、WiFi、微波電臺等多種無線通訊方式。
全套系統既可以使用太陽能供電，也可以由載船提供交流電，以“交轉直"的方式通過電池供電。
10Hz原始數據在線處理流程
也可采用愛丁堡大學開發的EDIRE軟件，對原始數據進行離線處理，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）的數值，去除‘野點’，進行修正，對湍流平穩性、相似性檢驗與通量質量進行評級，并做通量代表性（Footprint）檢驗。
EDIRE軟件界面
特點
特為高濕度、高鹽度的海洋環境設計，穩定可靠
可進行實時在線數據處理
多種通訊方式選擇，靈活方便
低功耗，可由太陽能供電
良好系統兼容性及擴展性
提供數據處理程序
輸出參數
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
采樣室內外壓差（kPa）
Ux（m/s）
Uy（m/s）
Uz（m/s）
超聲虛溫（℃）超聲風速儀診斷值
綜合技術參數
工作溫度：-30~50℃
環境濕度：0~100%RH
工作氣壓：70~106kPa
基礎測量頻率：100Hz
輸出速率：5~50Hz，可自定義
供電：12V DC或220V AC
姿態朝向范圍：3軸360°
加速度范圍：±5g
附加輸入：大氣空氣和大氣壓力