本發(fā)明涉及地表參數(shù)測量系統(tǒng)。更具體地，涉及一種地表感熱/潛熱通量測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
感熱通量為地表與大氣間垂直方向上湍流擴散所形成的熱量輸送。地表潛熱通量為下墊面與大氣之間水分的熱交換所消耗的能量。地表潛熱通量表現(xiàn)為蒸散所消耗的熱量，由蒸散量和汽化潛熱可得潛熱通量。地表感熱/潛熱通量的觀測是流域水資源管理、農(nóng)作物灌溉制度制定、農(nóng)業(yè)用水效率評價、區(qū)域旱情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)節(jié)水等應用領域的基礎，同時也是構(gòu)建土壤-植被-大氣連續(xù)體能量和水量遷移轉(zhuǎn)換，進行陸-氣耦合模擬研究的前提。地表感熱/潛熱通量的觀測結(jié)果能夠為水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)專業(yè)技術(shù)人員提供重要的下墊面狀況信息，為輔助決策提供重要支持信息。地表感熱/潛熱通量的測量方法包括液態(tài)水分消耗測量和水汽輸送測量兩大類。對于液態(tài)水分的測量主要有三類:水量平衡法，器測法和植物生理測定技術(shù)。蒸滲儀基于水量平衡原理，將一定深度的原狀土柱裝入一個可控容器中，通過稱重或者量取水量的方式實現(xiàn)蒸散量的觀測，由蒸散量和蒸發(fā)潛熱可以得到地表潛熱通量。蒸滲儀可以直接實現(xiàn)蒸散的觀測，但是構(gòu)建和維護的費用較高，觀測代表性有限，此外，容易受到周圍環(huán)境的影響。液流法是使用傳感器垂直放入植物的木質(zhì)部分，用于測量植物木質(zhì)部分的水分流量，通常用于測定樹木的蒸騰時使用。水汽傳輸測量方法有波文比-能量平衡法，渦度相關(guān)方法，大孔徑閃爍儀測量方法和空氣動力學技術(shù)。波文比法基于地面以上兩層高度之間的氣溫差和水汽壓差來計算波文比，結(jié)合測量的凈輻射和土壤熱通量實現(xiàn)感熱、潛熱的計算。波文比法適用于下墊面均勻平坦無平流影響的區(qū)域。渦度相關(guān)方法使用快速相應湍流儀器，如超聲風速儀，紅外水汽，二氧化碳分析儀器等，可直接測量風速分量和水汽等的脈動值，每秒采樣10-20次，連續(xù)觀測10-30分鐘，可以覆蓋對近地層通量輸送有貢獻的主要湍流渦旋。計算脈動量的協(xié)方差，就可以得到潛熱通量。大孔徑閃爍儀由發(fā)射儀和接收儀兩部分組成，兩者相距一定的距離放置，接收儀接收受到光程上大氣波動影響的發(fā)射波束，并使用折射等結(jié)構(gòu)參數(shù)來表達大氣的湍流強度，進而推算顯熱通量，然后利用能量平衡余項法方法來計算潛熱通量。然而，渦度相關(guān)和大孔徑閃爍儀的觀測問題遠未解決。近地層能量閉合問題是困擾通量觀測的難題。能量閉合問題主要表現(xiàn)為測量到的感熱和潛熱通量之和小于近地層可用能量。目前，地表感熱/潛熱通量測量系統(tǒng)仍然具有較大的不確定性，尤其是復雜非均勻下墊面的地表感熱/潛熱通量缺乏有效的觀測手段，是目前研究和實際應用的難點。因此，需要提供一種地表感熱/潛熱通量測量系統(tǒng)，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于是提供一種地表感熱/潛熱通量測量系統(tǒng)，以解決復雜非均勻下墊面的地表感熱/潛熱通量有效的觀測。為達到上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：一種地表感熱/潛熱通量測量系統(tǒng)，包括，便攜式自動氣象站1，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器2，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的凈輻射Rn；土壤熱通量板6，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀4，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度f；植物冠層數(shù)字圖像分析儀5，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的葉面積指數(shù)LAI；紅外溫度傳感器3，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的地表溫度Ts；以及，計算機7，被配置為根據(jù)所述便攜式自動氣象站1、四分量凈輻射傳感器2、土壤熱通量板6、植被覆蓋度攝影測量儀4、植物冠層數(shù)字圖像分析儀5以及紅外溫度傳感器3的觀測數(shù)據(jù)計算觀測區(qū)域內(nèi)的地表感熱通量H和潛熱通量LE。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)進一步包括數(shù)據(jù)線9和數(shù)據(jù)采集器8；所述數(shù)據(jù)采集器8被配置為采集所述觀測數(shù)據(jù)，并將所采集的觀測數(shù)據(jù)傳送至計算機7。本實用新型的有益效果如下：提供一種地表參數(shù)測量系統(tǒng)，特別是一種地表感熱/潛熱測量系統(tǒng)，利用地表感熱通量估算的廓線方程和地表溫度和植被覆蓋度所構(gòu)成的理論特征空間四個角點方程，實現(xiàn)輻射-對流阻抗的計算，進而實現(xiàn)地表感熱/潛熱通量的計算?？蓾M足區(qū)域水資源管理、農(nóng)業(yè)用水效率評價、區(qū)域旱情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)節(jié)水等方面的應用領域的需求。附圖說明下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的說明。圖1示出本實用新型所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2示出植被覆蓋度f和地表溫度Ts的理論二維空間。具體實施方式為了更清楚地說明本實用新型，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本實用新型做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術(shù)人員應當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本實用新型的保護范圍。一、系統(tǒng)配置如圖1所示，所述區(qū)域地表感熱/潛熱通量測量系統(tǒng)包括：便攜式自動氣象站1，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的空氣溫度Ta和濕度Rh；四分量凈輻射傳感器2，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的凈輻射Rn；土壤熱通量板6，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的土壤熱通量G；植被覆蓋度攝影測量儀4，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度f；植物冠層數(shù)字圖像分析儀5，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的葉面積指數(shù)LAI；紅外溫度傳感器3，被配置為獲取觀測區(qū)域內(nèi)的地表溫度Ts；數(shù)據(jù)采集器8，被配置為采集上述觀測數(shù)據(jù)；計算機7，被配置為根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集器8采集的數(shù)據(jù)計算觀測區(qū)域內(nèi)的地表感熱通量H和潛熱通量LE；以及，數(shù)據(jù)線9，被配置為傳輸所述數(shù)據(jù)。其中，所述四分量凈輻射傳感器2采用荷蘭Klipp&ZonenCNR4，所述植物冠層數(shù)字圖像分析儀5采用LAI-2000。二、計算機工作原理首先，進行輻射-對流阻抗的計算，所述計算機7根據(jù)所述值被覆蓋度f和地表溫度Ts的二維空間以及感熱通量估算的溫度廓線方程進行輻射-對流阻抗rae計算；所述感熱通量H估算的溫度廓線方程為：其中，ρ為空氣密度；Cp為空氣定壓比熱；Taero為動力學溫度；Ta為空氣溫度；ra為空氣動力學阻抗；Ts為地表溫度；rex為調(diào)和地表溫度和空氣動力學溫度的附加阻抗；rae為輻射-對流阻抗?；谒鰞糨椛渫縍n、土壤熱通量G、值被覆蓋度f和地表溫度Ts的二維空間，感熱通量H估算公式為：H＝(Rn-G)-LE＝(Rn-G)-(1-WDI)Ep(2)其中，LE為潛熱通量；WDI為水分虧缺指數(shù)；Ep為潛在蒸散。所述潛在蒸散Ep采用下述P-T公式：其中，Δ為飽和水汽壓曲線斜率，γ為干濕表常數(shù)。所述水分虧缺指數(shù)WDI計算公式為：其中，如圖2所示，a為植被覆蓋度f和地表溫度Ts理論二維空間干邊同估算點的溫差；b為植被覆蓋度f和地表溫度Ts理論二維空間濕邊同估算點的溫差；計算公式分別為：其中，其中，Ta為空氣溫度；VPD為水汽虧缺，其由空氣相對濕度RH計算得到；rcp為植被最小冠層阻抗；rcx為冠層最大阻抗；聯(lián)立上述公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)可得：其中，c4、c3、c2、c1以及c0為聯(lián)立公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)所得系數(shù)，所述輻射-對流阻抗rae為公式(7)中實數(shù)解。其次，所述計算機7根據(jù)所述輻射-對流阻抗rae和所述公式(1)(2)估算所述區(qū)域地表感熱通量H和區(qū)域地表感熱潛熱通量LE；其中，在極端干燥情況下，所述輻射-對流阻抗rae為所述實數(shù)解中最小值。綜上所述，本發(fā)明所述系統(tǒng)工作過程為：所述便攜式自動氣象站1獲取觀測區(qū)域內(nèi)的空氣溫度Ta和濕度Rh，所述四分量凈輻射傳感器2獲取觀測區(qū)域內(nèi)的凈輻射Rn，所述土壤熱通量板6，獲取觀測區(qū)域內(nèi)的土壤熱通量G，所述植被覆蓋度攝影測量儀4獲取觀測區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度f，所述植物冠層數(shù)字圖像分析儀5獲取觀測區(qū)域內(nèi)的葉面積指數(shù)LAI，所述紅外溫度傳感器3獲取觀測區(qū)域內(nèi)的地表溫度Ts；上述各類數(shù)據(jù)采集器8采集上述數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)線9傳輸至計算機7，計算機7完成觀測區(qū)域內(nèi)的地表感熱通量H和潛熱通量LE的計算。顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本實用新型的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。