一種適用於複雜地表的植被蒸散監測裝置及方法
2023-10-11 11:35:29 5
一種適用於複雜地表的植被蒸散監測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用於複雜地表的植被蒸散監測裝置，通過調節進出口空氣流量，並結合攪拌風扇，來調節裝置罩箱內空氣溼度條件，防止水汽結露；裝置的底座具有可伸縮座腿和軟性透明密封材料，且安裝時不需保證嚴格密封，大大降低了安裝難度，適合在複雜地形條件下安裝使用；裝置安裝於地表，對地下水文過程如地下水補給、土壤水分運動影響較小；還公開了一種適用於複雜地表的植被蒸散監測方法，根據測定由於植被蒸散而導緻密閉箱體內空氣溫溼度的變化以及交所換空氣溼度差來測定植被蒸散量。精度高，能夠捕捉植被蒸散動態變化。本發明所述裝置結構簡明、尺寸靈活、安裝簡便、成本低廉，可廣泛應用於生態、氣象、水文和農林領域。
【專利說明】一種適用於複雜地表的植被蒸散監測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於植物生理、生態監測及氣象水文量測【技術領域】，具體涉及一種適用於 複雜地表的植被蒸散監測的方法，同時還涉及一種適用於複雜地表的植被蒸散監測裝置。 該發明可廣泛應用於農林、生態、氣象水文等領域。
【背景技術】
[0002] 隨著人口和經濟的發展，全球水資源短缺問題日顯嚴重，特別在乾旱半乾旱地區、 喀斯特等地區，水分更是生態環境的控制性要素。植被蒸散是生態系統物質循環的重要環 節，也是農業灌溉、水文研究和預報和水資源管理的重要參數，一直是土壤學、地理學、水文 學和生態學等學科的研究重點。目前，國內外測定蒸散的方法主要包括蒸滲儀法、TDP法 (Thermaldissipationprobe)、潤度相關法、氣孔計法和土壤水分平衡估算法等。其中， TDP法以及氣孔計法主要用於植被的蒸騰作用，不能兼顧地表蒸發；渦度相關主要用於大 尺度區域的水分平衡監測。蒸滲儀法和土壤水分平衡法可用於小尺度蒸散測定或估算，其 中蒸滲儀法是傳統經典方法，測量準確，但是其安裝複雜、造價昂貴，而且會對地下水文條 件造成一定的影響；而土壤水分平衡法需要大量的樣品採集和測定。另外，蒸滲儀法和土壤 水分平衡法在土壤條件複雜地區（如土石雜混、土層分布不均等地區），適用性有較大的欠 缺。例如在喀斯特地區，由於其特殊的地質背景，土壤分布不連續，與其他的地區生態系統 的土壤條件十分迥異，土壤水分（庫）變化估算困難，土壤水分平衡法難以使用。而對於蒸 滲儀而言，一方面土石混雜提高了其安裝難度，另一方面也會在一定程度上改變巖-土結 構，使蒸滲儀內環境失去喀斯特特徵，影響結果的可靠性和代表性。目前，出現了較多的針 對植被蒸散設備的改進與研發，如CN1657931、CN2152214等，但其在複雜地表區域的適用 性方面均較為欠缺。因此，設計一種適應於複雜地形、安裝方便、價格低廉的蒸散設備是十 分必要的，對農業生產、生態和水文領域都具有重要意義。
【發明內容】
[0003] 本發明針對喀斯特地區等複雜地表地區的植被蒸散測定困難的問題，是在於提供 了一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的方法，方法易行，操作簡便，測定結果精度高，能 準確地測定複雜地表地區植被蒸散量。
[0004] 本發明的另一個目的是在於提供了 一種適用於複雜地表的植被蒸散監測裝置，裝 置結構簡明、尺寸靈活、操作簡單、成本低廉、適用性廣，有效地解決了地形複雜區域（如喀 斯特地區）植被蒸散測定困難的問題，對於指導農林生產、推動生態系統水分循環研究等， 都具有重要意義。
[0005] 為了實現上述的目的，本發明採用以下技術措施：
[0006] -種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，包括框形的底座，還包括設置在底 座底部的伸縮底座腿，底座上罩設有透明罩箱，透明罩箱的頂部安裝有攪拌風扇，透明罩箱 一側安裝有進氣管道和出氣管道，出氣管道與可調風速抽氣泵連通，進氣管道內安裝有進 氣管溫溼度傳感器，出氣管道內安裝有出氣管溫溼度傳感器、氣壓計和氣體流量計，底座的 四周設置有軟性透明密封件。
[0007] 如上所述的底座的上部設置有密封槽，透明罩箱的底部開口嵌入到密封槽並通過 軟性橡膠密封圈進行密封。
[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] 如上所述的進氣管道一端與設置在透明罩箱下部的進氣口連通，進氣管道另一端 延伸至進氣口上方，出氣管道與透明罩箱上部的出氣口連通。
[0010] 一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，還包括與進氣管溫溼度傳感器、出 氣管溫溼度傳感器、氣壓計和氣體流量計連接的數據採集器。
[0011] 如上所述的透明罩箱包括不鏽鋼骨架和設置在不鏽鋼骨架上的光學耐力板。
[0012] 一種複雜地表的植被蒸散監測的方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟A、將底座安裝於目標樣地地表，調節底座底部的伸縮底座腿長度，使底座保 持水平、穩固；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窪處填平，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、測定時利用可調風速抽氣泵將透明罩箱箱體內由於植被蒸散而導致溼度 升高的空氣抽出並使罩箱內形成負壓，由進氣管道吸入外界空氣補充入透明罩箱內，並採 用攪拌風扇攪動透明罩箱內空氣，使透明罩箱內空氣溼度均勻，開啟數據採集器開關，調節 採集間隔，實時自動監測並記錄進氣管道內的溫溼度和出氣管道內空氣流量、溫度、溼度和 出口氣壓；
[0015] 步驟C、監測完成後將可調風速抽氣泵、攪拌風扇和數據採集器電源關閉，將透明 罩箱搬離，底座留在原處，根據以下公式測量被測植被在測量時段內的蒸散量：
【權利要求】
1. 一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，包括框形的底座（11)，其特徵在於， 還包括設置在底座（11)底部的伸縮底座腿（12)，底座（11)上罩設有透明罩箱（1)，透明罩 箱（1)的頂部安裝有攪拌風扇（2)，透明罩箱（1) 一側安裝有進氣管道（5)和出氣管道（4)， 出氣管道（4)與可調風速抽氣泵（9)連通，進氣管道（5)內安裝有進氣管溫溼度傳感器 (701)，出氣管道（4)內安裝有出氣管溫溼度傳感器（702)、氣壓計（8)和氣體流量計（6)， 底座（11)的四周設置有軟性透明密封件。
2. 根據權利要求1所述的一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，其特徵在於， 所述的底座（11)的上部設置有密封槽（14)，透明罩箱（1)的底部開口嵌入到密封槽（14) 並通過軟性橡膠密封圈（15)進行密封。
3. 根據權利要求2所述的一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，其特徵在於， 所述的軟性透明密封件為軟玻璃或者軟性透明塑料。
4. 根據權利要求3所述的一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，其特徵在於， 所述的進氣管道（5) -端與設置在透明罩箱（1)下部的進氣口連通，進氣管道（5)另一端 延伸至進氣口上方，出氣管道（4)與透明罩箱（1)上部的出氣口連通。
5. 根據權利要求4所述的一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，其特徵在於， 還包括與進氣管溫溼度傳感器（701)、出氣管溫溼度傳感器（702)、氣壓計（8)和氣體流量 計（6)連接的數據採集器（10)。
6. 根據權利要求5所述的一種適用於複雜地表的植被蒸散監測的裝置，其特徵在於， 所述的透明罩箱（1)包括不鏽鋼骨架和設置在不鏽鋼骨架上的光學耐力板（3)。
7. -種利用權利要求6所述裝置進行複雜地表的植被蒸散監測的方法，其特徵在於， 包括以下步驟： 步驟A、將底座（11)安裝於目標樣地地表，調節底座（11)底部的伸縮底座腿（12)長 度，使底座（11)保持水平、穩固；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窪處填平，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、測定時利用可調風速抽氣泵（9)將透明罩箱（1)箱體內由於植被蒸散而導致溼 度升高的空氣抽出並使透明罩箱（1)內形成負壓，由進氣管道（5)吸入外界空氣補充入透 明罩箱（1)內，並採用攪拌風扇（2)攪動透明罩箱（1)內空氣，使透明罩箱（1)內空氣溼度 均勻，開啟數據採集器（10)開關，調節採集間隔，實時自動監測並記錄進氣管道（5)內的溫 溼度和出氣管道（4)內空氣流量、溫度、溼度和出口氣壓； 步驟C、監測完成後將可調風速抽氣泵（9)、攪拌風扇（2)和數據採集器（10)電源關 閉，將透明罩箱（1)搬離，底座（11)留在原處，根據以下公式測量被測植被在測量時段內的 蒸散量：
式中，win(t)和Wtjutw分別測量時刻進出氣管道內空氣水分輸送速率，RhuminaJP Rhuivtw*別為進出氣管道內空氣相對溼度，Tin(t)和Twt(t)為進出氣管道內空氣溫度，V為 出氣管道測量的空氣流量，P為出口氣壓，Ptl為標準大氣壓，R為標準氣體常數，Wwtac0和 Wwtad分別為時段期初和期末出氣口空氣溼度（g/m3)，tO為期初時間，te為期末時間，Vb 為透明罩箱（1)和底座（11)的總體積，Wb為箱內水汽變化量，ET為某時段內植被蒸散量， At為數據採樣間隔，A為底座（11)面積。
【文檔編號】G01N33/00GK104459052SQ201410756225
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】劉梅先, 徐憲立, 張榮飛 申請人:中國科學院亞熱帶農業生態研究所