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   期刊文献 → 应用探索(Discovery)Huatron森林生态解决方案

Huatron森林生态解决方案

来源:华创维想市场企划 发布日期:2014-05-29 09:58:57

一.什么是森林生态系统?

  森林在地球上的分布范围广阔,生物多样性丰富,不仅能够为人类提供大量的林业产品,而且在涵养水源,保持水土,降低风速,稳定流沙,调节气候以及净化空气方面发挥着重要作用。森林生态系统是森林群落与其环境在功能流的作用下形成一定结构、功能和自调控的自然综合体,是陆地生态系统中面积最多、最重要的自然生态系统。森林生态系统一旦遭受破坏,就会引起一系列环境问题。如水土流失、土壤沙漠化、温室效应加剧、气候失调、生物多样性锐减等,建立和完善森林生态监测系统,有利于及时发现问题并进行处理,保障现有森林资源的可持续发展。

二、森林生态监测现状

自改革开放以来,随着我国经济高速发展和人民群众物质生活追求不断提高,森林生态研究越来越受到政府各方面的重视,森林生态环境观测过程虽然摆脱了古老的观测手段,但如今森林生态监测大部分观测设备还主要依赖进口,不但价格昂贵,而且受到产品知识产权的影响,产品售后服务存在相应时间长、维修备件昂贵等问题,同时由于进口产品执行的国外技术标准,缺乏对我国森林生态系统特点考虑,造成实用性、兼容性差等问题,这些问题严重的阻碍了我国森林生态监测系统的建设进程。

三、系统设计思路

本方案是依据2011年月发布的中华人民共和国林业行业标准LY/T 1952-2011《标准-森林生态系统长期定位观测方法》结合华创技术实力研发设计的集现代传感技术及数字化采集、传输、存储、处理等功能于一体的数字化森林生态监测系统,针对森林生态中的大气、土壤、水体等体系间的相关因素变化状态及过程实施系统化在线监测,通过监测数据的变化,直观的体现森林生态系统的服务功能及价值,本系统充分考虑森林地形复杂、条件相对恶劣、电源供给及数据通讯困难等特点,采用多种通讯和供电模式,满足野外长期无人值守监测需求,同时系统采用模块化设计,可根据不同地域的森林生态情况组合成一套具有地域针对性的生态监测系统。

四、系统在设计上遵循以下原则


A、实用性原则
系统选用的主要技术和产品采用具有稳定、实用的特点,并充分满足应用、技术开发及信息管理的需要;而且以当前需要为出发点,并充分考虑到长远发展。

B、先进性和成熟性原则
在设计中,我们依据先进性与成熟性并重的原则,考虑到近年来的发展特点,把先进性放在重要位置。

C、安全性和可靠性原则
系统安全可靠运行是整个系统建设的基础。要确保系统运行的可靠性、数据传输的正确性,以及为防止异常情况所必须的保护性设施,保证数据不因意外情况而丢失和损坏,采取多种检查和处理手段,防止非授权访问。

D、开放性和标准化原则
严格按照国家和国际标准来设计,使本系统建成为一个开放且标准的系统。使本系统与硬件环境、通信环境、软件环境、操作平台之间的相互制约和影响减至最小。

E、可扩展性和可升级性原则
系统的结构要具有很好的扩充性,设计中保证系统结构模块化,软件功能可以积木式拼装等。在满足扩充性和升级性同时必须要以最低成本浪费为前提,并保证扩充及升级要能够平稳的过渡。

F、可管理性和可维护性原则
整个系统是由多种应用子系统及组成,因此我们在设计应用系统及选择第三方产品时要充分考虑其具有良好的可管理性和可维护性。

五、Huatron气候生态监测系统设计方案

1、森林小气候观测

通过对森林生态系统典型区域不同层次风、温、光、湿、气压、降水、土温等气象因子进行长期、连续观测,了解林内气候因子梯度分布特征及不同森林植被类型的气候差异,揭示各种类型小气候的形成过程中的特征及其变化规律,为研究下垫面的小气候效应及其对森林生态系统的影响提供数据支持。观测高度视树林高度和生长情况而定,要保证10年内观测塔至少高出林冠上方5~10m左右。森林气象要素梯度观测一般分冠层上方3m处、冠层中、地面1.5m~2.5m处三个分层。

观测要素:

风向 冠层上3m和地被层2个高度

温度、湿度、风速 冠层上3m、冠层中部、距地面1.5m、地被层4个高度

总辐射、净辐射、光合有效辐射 冠层上3m、冠层中部、距地面1.5m、地被层(4个高度总辐射或光合有效辐射任选一种,在冠层上可加净辐射

土壤热通量 地面以下5cm、10cm2个深度)

土壤温度 地面以下 5cm、10cm、20cm、40cm4个深度

土壤水分 地面以下 5cm、10cm、20cm、40cm 4个深度

降水量 地被层1个高度

推荐站型:CAMS620-GS森林梯度站

  CAMS620-GS森林梯度观测站主要针对森林生态系统下的气温、湿度、风速随高度变化的规律研究和气候模型研究,能够实现监测风冠层上梯度因子、冠层中、下梯度因子,地面气象要素,辐射收支平衡,土壤温度梯度等,同时还能输出重要监测因子蒸散量与净降水量。
推荐站型:MAWS830-FC森林小气候站
  MAWS830-FC森林小气候站是针对林业生态环境(如森林、湿地、自然保护区等,和林业生产活动环境,如林场、防火、植物生长等环境内的气候与林木生长之间的关系和林木生长的物候潜力)监测设计的一款小型自动气象站。观测的要素有辐射(辐照度、总辐射、反射辐射、净辐射、光合有效辐射、光照度、光照时间)、热量(介质温度、表面温度和环境平均辐射温度等)、气体(二氧化碳和氧气等的密度、质量、浓度等)、水气(水气压、温度、露点等)、风(风速、风向)、雨量。测量高度一般在2或6米,根据植被的高度差异而有所不同。根据需要还可增加叶片湿润度、土壤水分(多层土壤温度与湿度)、冠层温度、净辐射、测径仪等要素的测量。

2、通量观测

  通过对森林生态系统植被-大气界面的CO2及水热量通量进行长期连续观测,掌握其动态变化规律,分析森林生态系统碳通量的时空分布特征,探讨森林生态系统碳收支和水热平衡过程及其对环境变化的响应,为深入研究森林生态系统中的碳循环过程及其调控机理提供科学依据。

测量要素: 三维超声风、二氧化碳与水汽含量、空气温湿度、气压
推荐站型:GAMS620-EC涡度通量站
CAMS620-EC涡度通量观测站直接测定观测区域的三维风、二氧化碳浓度、水汽浓度及湿度温度,从而获得各森林生态系统和大气之间CO2,H2O等物质的传输和能量交换相关数据,为土壤、植被、大气之间的物质、能量交换模型提供一种直接验证手段,为森林生态气候变化研究提供有效的通量观测数据。

3、辐射平衡观测

  辐射平衡观测是主要通过长期采集测量太阳辐射以及与之相关联的微气象数据,通过监测数据的变化,直观的反映出太阳辐射收支平衡数据变化,为森林生态环境中的植物的蒸发、蒸腾,水循环研究提供重要的参考依据。


监测要素:太阳总辐射、直接辐射、净短波辐射、净长波辐射、净全波辐射、及光合有效辐射、紫外辐射、微气象。
推荐站型:GAMS620-SP辐射收支平衡站
CAMS620-SP辐射收支平衡站是华创维想针对农业生态监测需求研发的高精度辐射监测站,监测农业系统关注的太阳辐射收支平衡,包括净短波辐射平衡、净长波辐射平衡、净全波辐射平衡,以及紫外辐射强度、光合有效辐射等监测参数进行实时记录并存储。

4、大气环境观测

  大气环境观测是针对森林生态系统中的大气环境敏感因子进行监测,量化输出大气成分参数数据、空气质量相关指数指标,通过监测数据的变化,量化森林生态系统对大气污染、雾霾等净化关键性指标,为森林生态净化功能评价指标提供精准的数据支持,同时可根据监测数据发布出环境舒适度、运动适宜度等功能性指数。
观测要素:空气温湿度、紫外辐射强度、能见度、分光谱太阳辐射、可吸入颗粒物、噪声、大气负氧离子、臭氧变化量、温室气体、光合有效。
推荐站型:MAWS835-AQ空气指数站

MAWS835-AQ空气指数站是是华创风云针对森林空气环境指标数据监测而设计的一款自动气象站,可对观测区域内的大气环境因子:PM2.5、紫外辐射、日照时数、噪声等敏感因子进行实时监测,根据监测数据发布出舒适度指数、运动适宜指数等大气环境指数,为环境保护提供科学气象环保数据和资料。

推荐站型:MAWS835-AE大气成分站

MAWS835大气成分站是针对生态环境以及气象水文等领域中的大气环境监测设计的一款自动气象站,通过对大气环境中的敏感因子进行监测,量化输出大气成分参数数据、空气质量相关指数指标,为大气扩散污染、森林、湿地等生态系统对大气净化功能性指标评估研究与分析以及与日常生活相关的空气质量相关指数发布提供科学的数据依据。

推荐站型:ASP31太阳跟踪辐射仪

ASP31太阳跟踪辐射仪是一种可以实现对太阳直接辐射实时准确观测的设备。它通过高精度太阳能跟踪感应器主动跟踪和GPS卫星定位辅助跟踪,对直接辐射数据的监测记录与分析,ASP31太阳跟踪辐射仪其特点是:自动控制方位角和天顶角定位,系统自动跟踪太阳;主动跟踪精度±0.15°,辅助(GPS)跟踪精度±0.5°;太阳跟踪过程中功耗:8W(最大);跟踪模式分为主动跟踪和被动跟踪,有太阳光时主动跟踪太阳敏感器,有云时被动跟踪GPS模式。

5、水环境观测

  通过定量研究林冠截留率、凋落物蓄水能力、土壤的渗透和蓄水能力,对森林生态系统不同层次水量空间分配格局及水量平衡分析,揭示森林生态系统水文要素的时空规律,为研究森林植被变化对水分的分配和径流的调节提供基础数据。

观测要素:大气降水量、降水强度、降水等级、降水速度、降水粒径大小及其分布谱图、雪深、净降水量、地表水位、径流深度、径流系数、水质
推荐站型:MAWS805-SR地表径流站

MAWS805-SR地表径流站是华创风云针对地表径流进行长期连续监测设计的一款自动监测站,主要通过对地表径流的年平均径流水位、最高径流水位、年平均径流速、平均径流系数、最大径流量、以及降水量、动态水质指标等关键因素连续在线监测,通过监测数据的变化量化地表径流调节水量、净化水质功能指标,为森林生态、水文监测提供科学数据。

推荐站型:MAWS805-SV雪水储量站

  MAWS860-SV雪水储量站是华创集团专门针对冰雪水存储量观测记录设计的一款连续长期自动记录设备。观测的要素主要是雪深、雪温、雪压、土壤温湿度、微气象。通过对单位面积内的雪水总量以及环境微气象因子、土壤温湿度进行实时观测,通过观测数据变化输出雪水融化量。

MAWS860-SV雪水储量站
推荐站型:PS32雨滴谱观测仪

  PS32雨滴谱监测仪是一款采用激光遥测技术对降水过程进行分析、记录的全自动监测设备,可对各种降水过程(毛毛雨、小雨、大雨、冰雹、雪花、雪粒、雨夹雪等)进行精确测量。经过统计降水粒子在速度和粒径上的分布(雨滴谱),计算各种降雨类型的强度、总量,还可给出降水过程中雷达反射率等。PS32雨滴谱监测仪通过一个快速的数字化信号处理器完成数据获取和存储,测量的基本参数为降水的粒径和速度,由此推导出粒径分布、降水量、消光系数、降水动能和降水类型等数据。

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