一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)出口空氣流量，并結(jié)合攪拌風(fēng)扇，來(lái)調(diào)節(jié)裝置罩箱內(nèi)空氣濕度條件，防止水汽結(jié)露；裝置的底座具有可伸縮座腿和軟性透明密封材料，且安裝時(shí)不需保證嚴(yán)格密封，大大降低了安裝難度，適合在復(fù)雜地形條件下安裝使用；裝置安裝于地表，對(duì)地下水文過(guò)程如地下水補(bǔ)給、土壤水分運(yùn)動(dòng)影響較??；還公開(kāi)了一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)方法，根據(jù)測(cè)定由于植被蒸散而導(dǎo)致密閉箱體內(nèi)空氣溫濕度的變化以及交所換空氣濕度差來(lái)測(cè)定植被蒸散量。精度高，能夠捕捉植被蒸散動(dòng)態(tài)變化。本發(fā)明所述裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、尺寸靈活、安裝簡(jiǎn)便、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于生態(tài)、氣象、水文和農(nóng)林領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于植物生理、生態(tài)監(jiān)測(cè)及氣象水文量測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于 復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的方法，同時(shí)還涉及一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)裝置。 該發(fā)明可廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、生態(tài)、氣象水文等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人口和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球水資源短缺問(wèn)題日顯嚴(yán)重，特別在干旱半干旱地區(qū)、 喀斯特等地區(qū)，水分更是生態(tài)環(huán)境的控制性要素。植被蒸散是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán) 節(jié)，也是農(nóng)業(yè)灌溉、水文研究和預(yù)報(bào)和水資源管理的重要參數(shù)，一直是土壤學(xué)、地理學(xué)、水文 學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科的研究重點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外測(cè)定蒸散的方法主要包括蒸滲儀法、TDP法 (Thermaldissipationprobe)、潤(rùn)度相關(guān)法、氣孔計(jì)法和土壤水分平衡估算法等。其中， TDP法以及氣孔計(jì)法主要用于植被的蒸騰作用，不能兼顧地表蒸發(fā)；渦度相關(guān)主要用于大 尺度區(qū)域的水分平衡監(jiān)測(cè)。蒸滲儀法和土壤水分平衡法可用于小尺度蒸散測(cè)定或估算，其 中蒸滲儀法是傳統(tǒng)經(jīng)典方法，測(cè)量準(zhǔn)確，但是其安裝復(fù)雜、造價(jià)昂貴，而且會(huì)對(duì)地下水文條 件造成一定的影響；而土壤水分平衡法需要大量的樣品采集和測(cè)定。另外，蒸滲儀法和土壤 水分平衡法在土壤條件復(fù)雜地區(qū)（如土石雜混、土層分布不均等地區(qū)），適用性有較大的欠 缺。例如在喀斯特地區(qū)，由于其特殊的地質(zhì)背景，土壤分布不連續(xù)，與其他的地區(qū)生態(tài)系統(tǒng) 的土壤條件十分迥異，土壤水分（庫(kù)）變化估算困難，土壤水分平衡法難以使用。而對(duì)于蒸 滲儀而言，一方面土石混雜提高了其安裝難度，另一方面也會(huì)在一定程度上改變巖-土結(jié) 構(gòu)，使蒸滲儀內(nèi)環(huán)境失去喀斯特特征，影響結(jié)果的可靠性和代表性。目前，出現(xiàn)了較多的針 對(duì)植被蒸散設(shè)備的改進(jìn)與研發(fā)，如CN1657931、CN2152214等，但其在復(fù)雜地表區(qū)域的適用 性方面均較為欠缺。因此，設(shè)計(jì)一種適應(yīng)于復(fù)雜地形、安裝方便、價(jià)格低廉的蒸散設(shè)備是十 分必要的，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)和水文領(lǐng)域都具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)喀斯特地區(qū)等復(fù)雜地表地區(qū)的植被蒸散測(cè)定困難的問(wèn)題，是在于提供 了一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的方法，方法易行，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定結(jié)果精度高，能 準(zhǔn)確地測(cè)定復(fù)雜地表地區(qū)植被蒸散量。
[0004] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了 一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)裝置，裝 置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、尺寸靈活、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、適用性廣，有效地解決了地形復(fù)雜區(qū)域（如喀 斯特地區(qū)）植被蒸散測(cè)定困難的問(wèn)題，對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)林生產(chǎn)、推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)研究等， 都具有重要意義。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：
[0006] -種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，包括框形的底座，還包括設(shè)置在底 座底部的伸縮底座腿，底座上罩設(shè)有透明罩箱，透明罩箱的頂部安裝有攪拌風(fēng)扇，透明罩箱 一側(cè)安裝有進(jìn)氣管道和出氣管道，出氣管道與可調(diào)風(fēng)速抽氣泵連通，進(jìn)氣管道內(nèi)安裝有進(jìn) 氣管溫濕度傳感器，出氣管道內(nèi)安裝有出氣管溫濕度傳感器、氣壓計(jì)和氣體流量計(jì)，底座的 四周設(shè)置有軟性透明密封件。
[0007] 如上所述的底座的上部設(shè)置有密封槽，透明罩箱的底部開(kāi)口嵌入到密封槽并通過(guò) 軟性橡膠密封圈進(jìn)行密封。
[0008] 如上所述的軟性透明密封件為軟玻璃或者軟性透明塑料。
[0009] 如上所述的進(jìn)氣管道一端與設(shè)置在透明罩箱下部的進(jìn)氣口連通，進(jìn)氣管道另一端 延伸至進(jìn)氣口上方，出氣管道與透明罩箱上部的出氣口連通。
[0010] 一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，還包括與進(jìn)氣管溫濕度傳感器、出 氣管溫濕度傳感器、氣壓計(jì)和氣體流量計(jì)連接的數(shù)據(jù)采集器。
[0011] 如上所述的透明罩箱包括不銹鋼骨架和設(shè)置在不銹鋼骨架上的光學(xué)耐力板。
[0012] 一種復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟A、將底座安裝于目標(biāo)樣地地表，調(diào)節(jié)底座底部的伸縮底座腿長(zhǎng)度，使底座保 持水平、穩(wěn)固；若安裝底座處為土層，則在土層挖一條土槽，將軟性透明塑料埋入，若安裝底 座處為巖石，則先用土壤將巖石表面坑洼處填平，再用小沙包或泥土將軟性透明塑料壓住， 將透明罩箱安裝在底座上；
[0014] 步驟B、測(cè)定時(shí)利用可調(diào)風(fēng)速抽氣泵將透明罩箱箱體內(nèi)由于植被蒸散而導(dǎo)致濕度 升高的空氣抽出并使罩箱內(nèi)形成負(fù)壓，由進(jìn)氣管道吸入外界空氣補(bǔ)充入透明罩箱內(nèi)，并采 用攪拌風(fēng)扇攪動(dòng)透明罩箱內(nèi)空氣，使透明罩箱內(nèi)空氣濕度均勻，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié) 采集間隔，實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并記錄進(jìn)氣管道內(nèi)的溫濕度和出氣管道內(nèi)空氣流量、溫度、濕度和 出口氣壓；
[0015] 步驟C、監(jiān)測(cè)完成后將可調(diào)風(fēng)速抽氣泵、攪拌風(fēng)扇和數(shù)據(jù)采集器電源關(guān)閉，將透明 罩箱搬離，底座留在原處，根據(jù)以下公式測(cè)量被測(cè)植被在測(cè)量時(shí)段內(nèi)的蒸散量：

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，包括框形的底座（11)，其特征在于， 還包括設(shè)置在底座（11)底部的伸縮底座腿（12)，底座（11)上罩設(shè)有透明罩箱（1)，透明罩 箱（1)的頂部安裝有攪拌風(fēng)扇（2)，透明罩箱（1) 一側(cè)安裝有進(jìn)氣管道（5)和出氣管道（4)， 出氣管道（4)與可調(diào)風(fēng)速抽氣泵（9)連通，進(jìn)氣管道（5)內(nèi)安裝有進(jìn)氣管溫濕度傳感器 (701)，出氣管道（4)內(nèi)安裝有出氣管溫濕度傳感器（702)、氣壓計(jì)（8)和氣體流量計(jì)（6)， 底座（11)的四周設(shè)置有軟性透明密封件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于， 所述的底座（11)的上部設(shè)置有密封槽（14)，透明罩箱（1)的底部開(kāi)口嵌入到密封槽（14) 并通過(guò)軟性橡膠密封圈（15)進(jìn)行密封。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于， 所述的軟性透明密封件為軟玻璃或者軟性透明塑料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于， 所述的進(jìn)氣管道（5) -端與設(shè)置在透明罩箱（1)下部的進(jìn)氣口連通，進(jìn)氣管道（5)另一端 延伸至進(jìn)氣口上方，出氣管道（4)與透明罩箱（1)上部的出氣口連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于， 還包括與進(jìn)氣管溫濕度傳感器（701)、出氣管溫濕度傳感器（702)、氣壓計(jì)（8)和氣體流量 計(jì)（6)連接的數(shù)據(jù)采集器（10)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于， 所述的透明罩箱（1)包括不銹鋼骨架和設(shè)置在不銹鋼骨架上的光學(xué)耐力板（3)。
7. -種利用權(quán)利要求6所述裝置進(jìn)行復(fù)雜地表的植被蒸散監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于， 包括以下步驟： 步驟A、將底座（11)安裝于目標(biāo)樣地地表，調(diào)節(jié)底座（11)底部的伸縮底座腿（12)長(zhǎng) 度，使底座（11)保持水平、穩(wěn)固；若安裝底座（11)處為土層，則在土層挖一條土槽，將軟性 透明塑料（13)埋入，若安裝底座（11)處為巖石，則先用土壤將巖石表面坑洼處填平，再用 小沙包或泥土將軟性透明塑料（13)壓住，將透明罩箱（1)安裝在底座（11)上； 步驟B、測(cè)定時(shí)利用可調(diào)風(fēng)速抽氣泵（9)將透明罩箱（1)箱體內(nèi)由于植被蒸散而導(dǎo)致濕 度升高的空氣抽出并使透明罩箱（1)內(nèi)形成負(fù)壓，由進(jìn)氣管道（5)吸入外界空氣補(bǔ)充入透 明罩箱（1)內(nèi)，并采用攪拌風(fēng)扇（2)攪動(dòng)透明罩箱（1)內(nèi)空氣，使透明罩箱（1)內(nèi)空氣濕度 均勻，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器（10)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)采集間隔，實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并記錄進(jìn)氣管道（5)內(nèi)的溫 濕度和出氣管道（4)內(nèi)空氣流量、溫度、濕度和出口氣壓； 步驟C、監(jiān)測(cè)完成后將可調(diào)風(fēng)速抽氣泵（9)、攪拌風(fēng)扇（2)和數(shù)據(jù)采集器（10)電源關(guān) 閉，將透明罩箱（1)搬離，底座（11)留在原處，根據(jù)以下公式測(cè)量被測(cè)植被在測(cè)量時(shí)段內(nèi)的 蒸散量：

式中，win(t)和Wtjutw分別測(cè)量時(shí)刻進(jìn)出氣管道內(nèi)空氣水分輸送速率，RhuminaJP Rhuivtw*別為進(jìn)出氣管道內(nèi)空氣相對(duì)濕度，Tin(t)和Twt(t)為進(jìn)出氣管道內(nèi)空氣溫度，V為 出氣管道測(cè)量的空氣流量，P為出口氣壓，Ptl為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，R為標(biāo)準(zhǔn)氣體常數(shù)，Wwtac0和 Wwtad分別為時(shí)段期初和期末出氣口空氣濕度（g/m3)，tO為期初時(shí)間，te為期末時(shí)間，Vb 為透明罩箱（1)和底座（11)的總體積，Wb為箱內(nèi)水汽變化量，ET為某時(shí)段內(nèi)植被蒸散量， At為數(shù)據(jù)采樣間隔，A為底座（11)面積。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK104459052SQ201410756225
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】劉梅先, 徐憲立, 張榮飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所