[科普中国]-开路系统通量观测

开路系统结构简单，仪器的灵敏度高，被广泛应用于农田、草地等生态系统的短期通量观测中近年来因为仪器性能稳定性逐渐提高，开路系统也在森林等复杂生态系统的长期通量观测中得到广泛应用。

在草地生态系统运行的开路系统主要由开路红外气体分析仪(如LI-7500)和三维超声风速计(如CSAT-3)组成，分别用来测量大气中二氧化碳、水汽浓度及三维风速，传感器将信号传递给数据采集器，再由数据采集器进行信号转换和相关的处理，最终输出植被与大气间的二氧化碳潜热和显热通量。

简介开路系统结构简单，仪器的灵敏度高，被广泛应用于农田、草地等生态系统的短期通量观测中近年来因为仪器性能稳定性逐渐提高，开路系统也在森林等复杂生态系统的长期通量观测中得到广泛应用。1

观测仪器及对象在草地生态系统运行的开路系统主要由开路红外气体分析仪(如LI-7500)和三维超声风速计(如CSAT-3)组成，分别用来测量大气中二氧化碳、水汽浓度及三维风速，传感器将信号传递给数据采集器，再由数据采集器进行信号转换和相关的处理，最终输出植被与大气间的二氧化碳潜热和显热通量。同步观测的微气象要素包括光合有效辐射(PAR)、净辐射(R)、风向、两层风速和空气温湿度、冠层红外温度和降水；土壤环境监测要素包括土壤水分、土壤温度(5层)、地表平均温度及土壤热通量等。所有探测信号都通过数据传输线传递给数据采集器，按设定程序进行相关运算，以半小时为步长进行记录和存储。数据采集器可与PC机相连来下载数据。草地生态系统通常有明显的生长季和非生长季之分，研究者必须在生长季辅助性地调查通量塔周围的植物群落生物量、叶面积指数、植物光合作用、土壤呼吸等植被生理生态特征。1

对农田生态系统的观测农田生态系统与草地生态系统很相似。农田群落的物种单一，植被高度和冠层结构比草地更加均匀，且农田生态系统的地面通常开阔而平坦，这些有利条件使得农田生态系统很容易开展涡度相关通量观测与研究。通常农田生态系统的通量观测的仪器配置也与草地很相似，除了开路涡度相关通量观测(LI-7500和CSAT-3测二氧化碳、水汽和能量通量)和常规气象观测(辐射、空气温湿度、风、降水、土壤温湿度)外，由于农作物植被发育过程的阶段性和季节性明显，还需要定期测定叶面积指数、群落的垂直结构、生物量等的季节变化。农田生态系统是受人工控制的系统，耕种、施肥、灌溉和收获等人类活动强烈影响了该系统的物质和能量交换，因此在农田生态系统进行涡度相关通量观测时还需要详细记录人工管理活动的时间和强度，这些辅助观测有助于解释通量形成的生态机制和过程模型的开发与验证。1

注意事项近年来经济实用且灵敏度高的开路红外气体分析仪迅速发展，这为开路涡度相关系统的广泛应用提供了便利。开路系统结构简单、系统稳定性好、且容易维护，只要保证正常供电，系统基本上就能正常运行。需要注意的是在最初选址时应尽量选择下垫面均一平坦的地方，同时要保证观测塔的上风向有足够的风浪区，使观测塔远离山丘、水沟、道路及居民环境。安装仪器时让红外气体分析仪和超声风速计的探头迎风，且红外分析仪和超声风速计不可分开太远，尽量保证二者观测的同步性。红外气体分析仪需要定期进行零点校正，以防止系统随时间发生飘移，通常需要每年校正一次另外还需要保持超声风速计和红外气体分析仪的探头清洁，以防止雾霜露雪、昆虫禽鸟等污染探头而产生错误的观测数据。开路系统中传感器几乎是实时地进行微量气体浓度和三维凤速的同步原位观测，测定的数据不必做管路的延迟校正和管内气体浓度波动衰减的校正，因此OPEC的数据后处理比闭路系简单，最基本的数据处理是进行坐标旋转和Webb校正。1

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学