[实用新型]一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统

说明书

本实用新型提供一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统，小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统搭载于固定翼无人机上面，包括：机载5孔湍流探头、热电偶探针、快速响应湿度计、温湿传感器、净辐射仪、光合有效辐射仪、红外测温仪、激光测高仪、GPS辅助惯性导航系统、无线通信模块、输入设备、模拟/数字信号转换器和数据采集控制计算机。优点为：搭载于固定翼无人机上，用于区域尺度地表湍流水热通量的直接观测，具有观测成本低，便携性、灵活性好的优点。

技术领域

本实用新型属于陆地生态系统通量观测技术领域，具体涉及一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统。

背景技术

对陆地生态系统与大气之间物质与能量交换通量的准确测量，尤其是区域尺度地-气之间的物质与能量的直接测量，对深入理解生态系统物质与能量循环过程机理、变化趋势，以及理解生态系统对人类活动变化的响应与反馈规律和机理具有十分重要的意义。此外，对陆地生态系统水热通量及物质通量的直接观测，对于完善和发展各种陆面过程模式、生态系统过程模型以及区域气候模式等具有重要作用，是地球系统研究不可或缺的技术手段。

涡动相关方法(Eddy Covariance Method)，作为一种微气象学的测量方法，是目前唯一能够直接测量地表与大气间水热通量和物质通量的方法，被广泛应用于国内外的通量观测网络中。通量观测网络由分布在不同区域、不同地表类型的地面塔基涡动相关通量观测仪器组成，但塔基涡动相关通量观测仪器由于观测高度的限制，只能提供空间“点”尺度或局地尺度的湍流通量观测结果，即其观测的地面代表性(Footprint)区域通常只有几十至几百米，无法提供区域尺度(公里级)地表湍流通量的直接测量值，极大的限制了区域尺度生态系统过程的研究和发展。

机载涡动相关(Aircraft Eddy Covariance)技术可对区域尺度(瞬时湍流通量观测近数十平方公里或累积湍流通量观测近百平方公里)范围内地气之间的能量和物质交换通量进行直接观测，有效的弥补了地面通量塔观测在区域尺度上的缺失。其主要原理是：将涡动相关设备安装于飞机平台，飞机在近地层内进行观测飞行，可在短时间内快速形成空间上的线型采样序列，展示出观测区域的瞬时湍流场。机载涡动相关方法可获得大量与遥感影像像元或与过程模型网格尺度相当的地面水热通量的直接观测值，是目前少数可以在区域尺度上进行湍流通量观测的技术之一，对地球生态系统研究、能量及水循环研究以及大气研究等具有重要意义。目前，基于有人驾驶飞行器的涡动相关方法在国外已发展成熟并商业化，在我国也逐步开始了对机载涡动相关技术的研究和应用。但是，基于有人驾驶飞行器的观测成本较高，并且由于观测常常在近地层内进行，这种低空飞行的观测方式往往也会带来一定的危险。因此，研发基于无人机平台搭载的小型移动涡动相关湍流通量观测系统，借助于无人机灵活、低成本、安全性高等优点，开展区域尺度的湍流通量观测具有非常重要的实用价值和科学意义。但在我国，目前还没有成熟的技术方案和相关专利报道来实现基于无人机平台的移动涡动相关湍流通量观测。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统，所述小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统搭载于固定翼无人机上面，包括：机载5孔湍流探头、热电偶探针、快速响应湿度计、温湿传感器、净辐射仪、光合有效辐射仪、红外测温仪、激光测高仪、GPS辅助惯性导航系统、无线通信模块、输入设备、模拟/数字信号转换器和数据采集控制计算机；其中，所述机载5孔湍流探头、所述热电偶探针、所述快速响应湿度计、所述温湿传感器、所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪均通过所述模拟/数字信号转换器连接到所述数据采集控制计算机；所述红外测温仪、所述激光测高仪、所述GPS辅助惯性导航系统、所述无线通信模块、所述输入设备直接连接到所述数据采集控制计算机；

其中，所述机载5孔湍流探头、所述热电偶探针和所述温湿传感器均安装于所述固定翼无人机的机鼻位置；