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系统概述
常规梯度观测系统是涡动协方差系统的重要补充，为涡动协方差系统提供重要的背景资料。
梯度观测系统包括风温湿梯度观测、辐射收支观测及土壤观测等。采用慢响应传感器，可以应用于空气动力学法、能量平衡、物质平衡等，根据实验的目的进行具体的组合或数据分析。
梯度观测,旨在准确认识大气温度特征,加强对物质或水分循环的认识。梯度系统可以设置高度不同的气象观测塔，通过小气候自动观测系统测量多层风、空气温湿度、土壤水分、土壤温度等信息。
梯度监测站可对地面生态环境及多种气象要素如温湿度、风速风向、辐射等，进行定时自动采集、计算、处理、显示、存储和通讯，提高了观测效率，有效减轻观测人员的野外工作。
梯度观测系统不仅能对能量平衡及物质能量传输方面进行研究，而且由于不同下垫面植被对温度、湿度、风速、辐射、光的分布造成的影响，使得梯度观测系统对垂直方向的水汽通量、热通量及痕量元素通量的研究显得尤为显著。
系统各层传感器架设高度的选择
1、农田或草地下垫面：
以农田或草地下垫面为主的区域，小气候要素的变化在垂直梯度上远大于水平梯度，因此在布设时，观测高度和深度的确定非常关键，观测层次地上从1层、2层到4层，甚至7至8层，观测高度一般不超过40米，地下3至4层至植物根部。
2、森林下垫面：
由于森林冠层下方有反梯度扩散的情况，树木的立地条件、冠层结构和冠层高度、郁闭度的大小以及次冠层和灌木或草的覆盖情况设计上均有不同，通常在冠层下设置1到3层，林冠上方设置2到4层，可能需要几个数采器共同完成。根据通量网的*和必测常规项目，GM3000系统的梯度观测需要包括风、温度、湿度、辐射、CO2浓度以及土壤的温度、水分等。需要特别注意的是观测塔的高度需要至少冠层高度的1.5倍。
3、梯度观测系统组成：
Ø 多层层空气温湿度；
Ø 多层温度传感器；
Ø 多层风速传感器和一层风向传感器；
Ø 一层四分量净辐射和一层光合有效辐射，安装在冠层上方1.5～2m处；反射辐射及杆式光量子可选；
Ø 地表温度和冠层温度；
Ø 多层土壤温度；
Ø 多层土壤水分；
Ø 土壤热通量板；
Ø 土壤热平衡探头；
梯度站由CR3000数据采集器和一些传感器等组成。CR3000数据采集器起数据采集、运算、存贮、控制等功能。HMP155是空气温度/相对湿度传感器，地表的能量主要来自于太阳辐射，因此系统中还有一些辐射传感器，其中CNR4是净辐射传感器，HFP01热通量板测量土壤储热。
风速/风向传感器选用010C/020C，这两种传感器为启动风速低、精度高，是获得高质量数据的重要保证。
辐射收支测量系统配置了一个四分量净辐射表CNR4或采用更高精度的CMP21和CGR4组合高精度净辐射传感器，测量研究区的太阳辐射收支及净辐射能量（包括短波和长波）收支情况。辐射能量与土壤热通量、开路涡动协方差所测的显热/潜热一起，构成了一个完整的能量平衡系统，能量平衡的闭合程度是检验开路涡动协方差观测数据质量的一个重要参考方面。
地下部分包括土壤温度/土壤湿度/土壤热通量观测等，涵盖了土壤水分和能量研究。
设备名称及型号 | 性能参数 | 数量 |
数据采集器（CR1000） | 大扫描速率：100Hz；通道：16个单端，8对差分；脉冲通道：2个；工作温度： -25~50℃（标准），-55℃~85℃（扩展）；标准内存为4M，可扩展至2G；13位A/D转换； | 1台 |
数据采集器 （CR3000） | 大扫描速率：100Hz；通道：14对差分，28个单端；4个24位脉冲，4个电压激发，3个电流激发；8个数字输入输出口；16位A/D转换；4M内存，可扩展至2G；工作温度：－25°C～50°C；可扩展到-40°C ~85°C | 1台 |
数采扩展板（AM16/32B） | 与CR系列数采结合使用，可扩展32个测量通道 |
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便携式移动存储（SC115） | 插拔式2G移动存储模块 | 1套 |
温湿度传感器HMP155A | 工作温度：-80~60℃ 温度：量程：-80~60℃； 精度（20℃时）： ±0.17℃（采用电压信号输出时）； 0.12℃（采用RS-485信号输出时） 相对湿度：量程：0~* RH； 精度（15~25℃）：±1%（0~90% RH），±1.7%（90~* RH）； | 多层
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风速传感器(010C-1) | 测量范围：0-60m/s；启动风速：0.22m/s；精度：1％；温度范围：-50℃～＋65℃；输出信号：11V脉冲； | 多层
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风向传感器 （020C-1） | 测量范围：电子0～357º；机械式0～360º；启动风速：0.22m/s；线性：±1/2%全量程；精度：±3º ；阻尼常数：0.25；温度范围：-50℃～＋65℃；输出信号：a. 0～5V或0～2.5V；输出阻抗：100Ω大； |
单层或两层 |
红外表面温度 （SI-111） | 响应时间：<1s变化到目标温度 目标温度输出信号：60µV/℃传感器温度变化 信号输出：0～2500mV 波长范围：8～14µm 精度：±0.2℃@ -15℃～+60℃； ±0.5℃@ -55℃～+80℃； 重复精度：±0.1℃@ -15℃～+60℃； ±0.3℃@ -55℃～+80℃； 温度范围：-40℃～+70℃（工作温度） | 地表温度和冠层温度 |
雨量桶（TEM525MM） | 精度：±1％（10mm/hr时）；0～±3％（10～20mm/hr时）；0～±5％（20～30mm/hr时）； 传感器类型：翻斗式/干簧管开关；温度：0～50℃；分辨率：1斗(0.1mm)；盛水口直径：24.5cm | 一个或两个 |
气压 （CS106） | 总精度：±[ protected] +20℃ 线性：±0.45mb *稳定性：0.1mb/年 工作温度：-40℃～+60℃ |
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四风量净辐射 （CNR4） | 输出：4个输出，分别是向上的短波、向下的短波以及向上的长波和向下的长波 辐射表内置的温度传感器：10K的热敏电阻和PT-100 铂电阻 响应时间：<18s 非线性误差：1% 温度依赖灵敏度：<5% 灵敏度：短波 7~20μv/w/m2 长波 5~10 μv/w/m2 工作温度：-40~80℃ 光谱波长：短波辐射传感器310~2800nm，长波辐射传感器4.5~42μm 视角：短波辐射传感器180º，长波辐射传感器向下150º，长波辐射传感器向上180º | 1套 |
光合有效辐射 （PQS1） | 量程：0~10000μmol/m2/s；光谱波长：400~700nm； 灵敏度：4~6μV/μmol/m2/s；反应时间：<0.1秒；量子反应匹配：<10%；方向误差：<10%；灵敏度温度依赖性：-0.1%/℃；工作温度：-30~70℃ | 1个或多个 |
杆式光量子 （LQS70）
| 输出：响应0.200mV/μmol/m2s1；全日照：400mV（2000μmol/m2s1）；线性范围：1000mV（5000μmol/m2s1）；灵敏度：5.00μmol/m2s1/mV
| 1个或多个 |
土壤平均温度探头（TCAV） | E型热电偶探头；测量小面积土壤的垂直、水平两个方向的平均温度 2x2 热电偶配置(共4个接点) ；通常和土壤热通量板合用
| 1个 |
土壤温度（109） | 量程：-50~70℃；工作温度：-50~100℃；可互换性误差：<±0.2℃； | 多层 |
土壤水分（CS616） | 精度：±2.5% VWC；分辨率：0.1% VWC； 输出：±0.7V方波（频率大小取决于含水量）； 供电：5~18VDC；激发电压：小4VDC，大18VDC； | 多层 |
土壤热通量板（HFP01） | 传感器类型：热电偶；量程：-2000~2000W/m2；标称电阻：2W；灵敏度：50μV/W/m2 HFP01：传感器内阻：<0.00625km2/W；精度：-15%~+5%（土壤内）； | 多层 |
数采防护机箱（ENC14/16） | 数采机箱。采用玻璃纤维合成防腐聚酯加工而成。 可以放置数据采集器和一些外部设备，如SC115及大气压力传感器。 |
1套 |
