附件3：近地层通量观测业务规范（试行）中国气象局 二七年十二月前 言随着近地层通量观测的扩展和资料的广泛应用，规范并标准化中国气象局近地层通量的业务化观测是本规范编制的主要目的。本规范主要对国家气候观象台近地层通量观测系统建设和业务运行提供标准，在建设和观测业务中必须严格遵守。规范对通量观测场地、观测人员、仪器布局、仪器安装维护、数据管理、仪器标定等方面做了规定，同时该规范在附件中规定了部分初级产品算法，并增加了必要的相关知识介绍。主要适用对象是通量系统建设人员和观测人员。本规范由中国气象局监测网络司组织编写，中国气象局大气探测技术中心负责具体编写工作。气象科学研究院、中国生态系统研究网络（CERN）综合中心、北京天诺基业科技有限公司等单位参与了编写工作。本规范的制定、修改、解释权属于中国气象局监测网络司。目 录第1章 总 则11.1 近地层通量观测系统类型11.2 观测项目11.2.1 按照国务院气象主管机构规定的方法和要求开展的观测项目11.2.2 按省、地、县及气象主管机构自行规定的方法和要求开展的观测项目21.3 建站要求21.3.1 观测场环境条件21.3.2 观测点21.3.3 观测塔31.4 对观测员的要求31.5 本规范适用范围4第2章 近地层通量系统结构6第3章 近地层通量系统仪器与安装73.1近地层通量观测仪器的一般要求73.2 近地层通量观测仪器组成73.2.1 按照国务院气象主管机构规定要求配备的观测仪器73.2.2 按省、地、县及气象主管机构自行规定的观测仪器73.3 近地层通量观测项目与可选仪器83.4 近地层通量观测仪器的基本技术性能83.4.1 准确度93.4.2 测量范围93.4.3 分辨力103.5近地层通量观测仪器安装103.5.1近地层通量观测仪器安装基本要求103.5.2 近地层通量观测仪器安装高度要求103.5.3 传感器安装方法133.6 外围设备163.6.1 外围设备组成163.6.2 系统电源163.6.3 通信接口173.6.4 外围设备安装与连接173.6.5 采集器、电源、计算机与打印机等的安装183.6.6 避雷装置18第4章 近地层通量观测系统软件和算法194.1 系统软件194.1.1 采集软件194.1.2 业务软件194.1.3 软件安装204.2 采样和算法204.2.1 采样顺序204.2.2 采样频率和算法204.2.3 运算周期214.3 时制、日界和对时214.3.1 时制224.3.2 日界22第5章 仪器维护和标定235.1 日常工作235.2 外围设备的检查维护245.3 技术人员定期巡检255.4 传感器的维护255.4.1 红外地表温度传感器255.4.2 空气温湿度传感器255.4.3 风速风向传感器265.4.4 辐射传感器265.4.5 光合有效辐射265.4.6 超声风速仪265.4.7 红外CO2/H2O分析仪275.5 标定285.5.1 采集器的标定285.5.2 常规传感器的标定285.5.3 分析仪的标定29第6章 数据质量控制306.1 数据的完整性检查306.1.1 文件的数量检查306.1.2 文件的完整性检查306.2 测量值合理性检查306.3 一致性检查316.3.1 测量值时间一致性检查316.3.2 内部一致性检查336.4 数据的变化规律检测336.4.1 二氧化碳通量曲线346.4.2 感热与潜热通量曲线346.4.3 二氧化碳与水汽浓度曲线346.4.4 三维风速曲线356.4.5 样本数量曲线356.4.6 AGC数据曲线35第7章 数据管理367.1 采集数据文件标准格式367.2 CF卡数据367.3 上传数据文件367.4 数据文件备份管理37附件1 通量系统的基本原理40附件2 通量系统观测数据曲线参考样例43附件3 通量系统常用量名词表51附件4 LI7500分析仪标定方法52附件5 算法57附件6 通量系统下垫面作物发育期及相关要素观测月报表64附件7 近地层通量观测月记录（电子表格）65第7章 数据管理第1章 总 则近地层通量观测作为多圈层气象观测的重要组成部分，获取一定区域下垫面与大气间的物质和能量交换信息，包括交换量值、交换过程、时间变化等，为气候与气候变化分析、数值天气预报、气象信息、气象服务和生态研究等提供重要的资料。近地层通量业务化观测作为气象部门新开展的日常观测业务，还缺少业务化观测的经验，该规范需要在业务试用中不断的修改和完善。1.1 近地层通量观测系统类型近地层通量观测依据下垫面不同可分为陆气、海气两种类型。其中，陆气类型下垫面的种类主要有农田、草地、湿地、森林、荒漠和冰川等，海气类型下垫面为海洋。不同下垫面类型的通量数据可开展不同特征区域与大气交换机制及对气候变化的影响和响应机制研究与业务。1.2 观测项目1.2.1 按照国务院气象主管机构规定的方法和要求开展的观测项目（1）必须观测项目：多层空气温度和湿度、多层风向和风速、降水、气压、多层地温、净辐射、光合有效辐射、地表热通量、红外地温、单层或多层三维脉动风速和风向、单层或多层水汽和二氧化碳、脉动浓度；（2）由国务院气象主管机构指定观测项目：多层三维脉动风速和风向、多层水汽和二氧化碳浓度、下垫面植被状况、下垫面土壤水分、向上和向下总辐射、向上和向下长波辐射、海洋浪高、海水温度和盐度；（3）由省级气象主管机构指定观测项目：详细下垫面状况；根据服务需要增加的观测项目。1.2.2 按省、地、县及气象主管机构自行规定的方法和要求开展的观测项目由省地县级气象主管机构根据需要自定。1.3 建站要求1.3.1 观测场环境条件（1）符合国家气候观象台选址要求；（2）观测环境周围无遮挡的建筑物，且下垫面地形平坦、植被均质分布，且具有一定的代表性。1.3.2 观测点（1）观测点的选取应利用待选观测点（或地域）以往的气象资料调查分析盛行风的季节变化。应满足在下垫面生物活动的活跃时期，观测点尽可能在上风侧具有长的均匀过渡区（fetch）。（2）在风的状况不明或风向季节变化明显，可以选择尽可能大的平坦植被斑块，在其中央附近建立观测塔。（3）若区域代表性目标观测对象为农田、草地、荒漠等，通量观测塔应设置在与目标观测对象相应的自然下垫面上。（4）下垫面选取应尽量均匀平坦，风浪区（主风向/来流风向区域）至少大于观测高度（三维脉动风速和风向、水汽和二氧化碳浓度观测高度）的一百倍。1.3.3 观测塔（1）通量观测塔结构是空心钢建筑结构，三角组合断面，高度在冠层以上不低于32米。根据不同下垫面特征观测需要，近地层通量观测铁塔设定若干层观测平台和可收展式伸臂。观测塔要求塔架风阻小塔架，且利用阳光反射小的中灰色。 （2）一般情况下观测塔的高度为32米加上冠层高度（32+h），其中h为冠层高度。当下垫面是森林时，观测塔的高度视观测区域森林树木高度（冠层高度）而定。根据树木生长情况，要保证10年内观测塔至少高出冠层32米左右。（3）下垫面是海洋（湖泊）时，观测塔安装位置的水深不低于2 米（浅水区、浅水礁石）。塔高根据现场风浪高度确定，不应低于20米。1.4 对观测员的要求（1）应经过系统业务技术培训，参加业务主管部门定期组织的考核，取得省级或以上业务主管部门认定的通量观测业务岗位资格；（2）应熟练掌握地面气象观测业务技术，遵守观测值班纪律，密切监视天气演变，坚持实事求是，不得涂改、伪造观测记录，认真地按本规范的要求完成观测任务；（3）观测员应懂得仪器的基本原理和操作规范，负责观测仪器和场地的日常维护，时刻保持仪器和场地出于良好状态；在雷击等情况下能及时断开通讯连接，并能够恢复正常；（4）在每次观测时，要及时、认真地填写地面气象观测记录簿、下垫面观测记录簿和向微机终端输入人工观测记录，并应按规定的数据格式和编码规定按时发送气象观测数据，编制报表和预审；（5）应积极参加业务主管部门组织的专项业务技术进修培训，不断掌握新的观测业务技术知识和新仪器的使用维护方法；（6）应熟练使用计算机，熟悉计算机软件、硬件知识，熟练操作业务软件、熟练业务软件安装，具有初步的数据分析检查能力；（7）经过培训，对近地层通量观测的各个要素具有感性的认识；（8）具备基本的电路知识，对简单的故障可进行判别和维护。1.5 本规范适用范围 本规范从技术和工程两个方面规定了内陆（农田、草原、森林、荒漠、湿地、湖泊等）地区近地层通量观测系统的组成结构、系统功能、测量技术、传感器选型、供电电源、工作环境、设备安全可靠性、数据质量控制、数据管理等方面的要求。本规范主要对国家气候观象台近地面层通量系统建设和业务运行提供指南，在建设和观测工作中必须严格遵守。主要适用对象是通量系统建设人员和观测业务人员。第2章 近地层通量系统结构我国近地层通量观测系统结构示意图见图2.1。三维超声风温仪风速风向RJ45RS-232RS-485 风能采集器三维超声风温仪红外H2O/ CO2分析仪空气温湿度传感器RJ45RS-232RS-485脉动量采集器蒸发、降水、气压风速风向温湿光合有效辐射红外地表温度仪地温传感器四分量辐射仪土壤水份测量仪土壤热通量仪RJ45RS-232RS-485梯度采集器网络路由器RS-485微 机本地局域网RJ-45RS232通信接口标准总线供 电 单 元图2.1 系统结构（包括风能观测项目）第3章 近地层通量系统仪器与安装3.1近地层通量观测仪器的一般要求（1）应具有国务院气象主管机构业务主管部门颁发的使用许可证，或经国务院气象主管机构业务主管部门审批同意用于观测业务；（2）准确度满足规定的要求；（3）可靠性高，保证获取的观测数据可信；（4）仪器结构简单、牢靠耐用，能维持长时间连续运行；（5）操作和维护方便，具有详细的技术及操作手册；3.2 近地层通量观测仪器组成3.2.1 按照国务院气象主管机构规定要求配备的观测仪器（1）必备仪器：三维超声风温仪、红外H2O/CO2分析仪、空气温度湿度传感器、风速传感器，风向传感器、四分量辐射传感器、光合有效辐射传感器、气压传感器、红外地表温度传感器；（2）由国务院气象主管机构指定观测项目：铂电阻地温传感器、土壤水分传感器和土壤热通量传感器、下垫面植被状况观测仪器、土壤水分传感器、海洋浪高传感器、海水温度和盐度传感器；（3）由省级气象主管机构指定的仪器：根据服务需要增加的观测仪器。3.2.2 按省、地、县及气象主管机构自行规定的观测仪器由省地县级气象主管机构根据需要自定。3.3 近地层通量观测项目与可选仪器我国近地层通量观测项目与可选仪器见表3.1表3.1我国近地层通量观测仪器的基本技术性能测量要素