引言
小氣候與大范圍氣候相比較具有如下特點：范圍小，100米以內的范圍，常規的氣象觀測站不能反映小氣候的差異；差別大，尤其在垂直方向氣象要素的差異都很大；日變化劇烈，越接近下墊面，溫度、濕度、風速的日變化越大；小氣候規律較穩定，只要形成小氣候的物理性質不變，它的小氣候差異也就不變。

小氣候是影響生態系統結構和功能的重要環境因素。梯度小氣候自動觀測系統自動測量并存儲地表與大氣相互作用時近地面層的小氣候梯度，觀測地表上方多層空氣溫濕度梯度、多層風速風向、植物冠層內外的太陽總輻射或光合有效輻射梯度；以及多層土壤溫濕度梯度等。根據梯度觀測數據可直接了解地表與大氣相互作用后小氣候要素形成的時間變化和空間分布規律，為利用、調節和改善各種類型的小氣候特征提供依據。

目前梯度小氣候觀測系統的技術瓶頸是傳感器的分辨率和重復性能否真實反梯度氣象因子的變化。

2 觀測系統設計

2.1 目標

AZ-M0310梯度小氣候觀測系統，數據采集和存儲方式符合WMO世界氣象組織和《地面氣象監測規范》要求，易于生態系統和氣候變化對比研究。

對降雨可通過雨滴譜分析雨滴的形態，分布，降雨強度，總量，能見度等性質參數。使降雨分析得到了質的飛躍。

數據采集器功能強大，通道多，可接多種傳感器。內存可存儲多達一年的數據，且數據可保存20年。支持RS232，FTP，TELNET，USB等多種通訊協議。系統有效的解決了高精度測量的問題，同時保證了系統的穩定性和可靠性。很適合長期監測使用。

2.2觀測點布設

2.2.1觀測塔的布設

塔可以建造水泥底座，但底座面積必須足夠小，不會改變局部下墊面性質，進而影響到觀測結果。建造過程中注意保護塔周圍下墊面植被的狀態。

森林中觀測塔的位置位于觀測場地或稍偏下風側。塔高應高出林冠層1/2樹高。

觀測塔通常為拉線式矩形塔，塔體及其橫桿的顏色應涂為銀白色或淺灰色，以免因吸收太陽輻射而升溫，影響輻射觀測。

觀測塔的設計要方便工作人員安裝檢修儀器，并在塔頂，林冠層上2～3m處、林冠層、林冠層下2m和灌木層各設計一個觀測平臺。

觀測場應安裝避雷系統。

2.2.2 小氣候觀測系統的布設和安裝

按照下圖安裝傳感器。傳感器的橫桿與觀測塔的距離應在l.5 m以上。

輻射橫桿應該向南方伸出。北回歸線以南的站點，在夏至的時段可以調整輻射觀測桿的伸出方向，以避開塔身的影響。輻射傳感器要調整水平。

土壤溫度、地表溫度和土壤熱通量傳感器應安裝在盡可能遠離觀測踏的南邊。

風速、溫度、濕度傳感器的安裝高度應以傳感器探頭的高度為準。

數據采集器放置在防水儀器箱內，儀器箱可安裝在塔身上、便于操作的位置。數據采集器的機殼應連接到接地裝置上，接地電阻應小于5 Ω。連接傳感器電纜線的轉接盒要有接地裝置，接地電阻應小于5 Ω，設備接地端要與避雷接地網連在一起。

為了防雷、防鼠、防水和安裝、維護方便，小氣候觀測系統的電纜應穿入電纜管內，電纜管應妥善綁縛在觀測塔上。并在不同的高度將電纜管折出圓弧，做成滴水彎。

2.2.3 小氣候觀測系統傳感器的平行校驗

每次觀測之前，溫、濕、風速傳感器架設在“Π”形橫桿上進行平行校驗觀測，平行檢驗時間應至少持續一個日變化周期。將觀測結果進行平均后，經比較選擇觀測結果接近的傳感器用于小氣候梯度觀測，并且選擇一個為基準，進行歸一化處理。

“Π”形橫桿必須足夠長，以保證傳感器之間沒有相互影響。溫、濕度傳感器相間距離0.3m。風傳感器相間距離0.5m，“Π”形橫桿應與主風向垂直。

進行平行檢驗的觀測場的下墊面狀況應盡可能保證水平均一。

如果小氣候觀測持續時間長，應該在觀測結束前再次進行平行校驗觀測。

平行檢驗結果應該與其它觀測記錄一起存檔。

2.3數據采集

2.3.1時制、日界和對時

輻射觀測和日照時間觀測采用地方平均太陽時（以下簡稱地方平時），以24時為日界，其余觀測指標采用北京時，以20時為日界。數據采集器的內部時鐘為觀測時鐘，采用北京時，要定期/不定期進行時鐘校準。

2.3.2 采樣

小氣候觀測系統的數據采樣在數據采集器中完成，采樣順序為氣溫、濕度、降水、風向、風速、氣壓、地溫、輻射、蒸發。

土壤水分、土壤熱通量采樣時間是10分鐘一次，測量20s加熱，作為瞬時值。

氣溫、濕度、氣壓的采樣速率為每分鐘6次，去掉一個值和最小值，余下的4次采樣值求算平均；1 min平均值為瞬時值。

降水、蒸發量的采樣速率為每分鐘1次。

2.4 觀測系統組成

觀測系統由數據采集器、氣象傳感器、降雨強度和降雨類型傳感器、氣象數據報告軟件、供電裝置，支架等部件組成。

3 數據處理

3.1 數據記錄與結果顯示

數據采集報告軟件功能：系統有設置軟件和數據報告軟件。

系統設置軟件用于設置系統的各通道及計算公式，數值平均方法，數據文件命名方式，WEB 頁設置，Ethernet 口設置。

數據報告軟件提供滑動平均值，矢量平均和分級平均。

可在計算機上采用圖標、曲線顯示原始數據、分鐘平均值，也可通過Internet、局域網絡，通過服務器-客戶機的形式查 看、瀏覽數據。

WEB 頁：DL16 提供瀏覽器功能，查看各種 WEB頁內容。

index.htm 查看原始數據；

10m_mv.htm 查看 10 分鐘平均值；

extrem.htm 查看 30 分鐘內的極值；

datetime.htm 查看日期和時間；

system.htm 查看系統配置

梯度小氣候數據輸出如下：

梯度小氣候觀測系統數據報表