应用气象仪器讲课学时:10实习学时:24任课教师:李永秀第一章绪论1、气象仪器的重要作用精确连续快捷自动掌握一台仪器,既是掌握一门技术。2、常用应用气象仪器分类植物生理生态仪器光合、蒸腾、叶面积土壤监测仪器土壤温度、土壤水分、土壤呼吸气象观测仪器温湿度、辐射、风速风向、气压、降水第一章绪论第二章植物生理生态仪器LAI-2000冠层分析仪LI-3000叶面积仪LI-6400光合作用仪FLOW4包裹式茎流计第一节LAI-2000冠层分析仪一、背景知识冠层结构——叶片的数量及其分布情况,是研究不同尺度上的生态系统过程、系统之间的物流和能流的基础.冠层中光线穿透情况冠层生产力冠层下土壤水分蒸发、蒸腾损失总量冠层截留及土壤温度为什么要测量冠层结构?直接测量植物冠层结构十分困难,手工测量只限于小冠层,对于象森林那样大的冠层,几乎是不可能的。光线传播模型能相对简单地测量出光线穿透情况,并对冠层结构作出精确的估计。为什么要用LAI-2000冠层分析仪测量植物冠层结构?快速直接测量叶面积指数;不受光线条件限制,能在不同光照下进行测量;测量时不需太阳直射光线照射;能测量不同大小的冠层,细至小草,大至森林仪器轻便易携,便于野外使用;低能耗,可以在野外长时间使用;可以连接多种辐射感应器,能同时测量PAR;LAI-2000冠层分析仪的特点测量叶面积指数(LAI)计算叶面积指数标准误(SEL)测量无截取散射(DIFN)测量平均叶倾角(MTA)计算平均倾角标准误(SEM)测量参数LAI回答“有多少叶片”的问题,通常可认为是叶面积/地面积,LAI没有单位。尽管LAI字面上是指“叶面积指数”,但LAI-2000是测量所有挡光的物体。叶面积指数(LAI)表示探头可见的天空部分的比例,范围在0(全叶片)~1(无叶片)之间。无截取散射(DIFN)MTA回答“叶片倾斜如何”的问题。如果所有叶片都是水平的,那么MTA就是0°;若都是垂直的,则为90°。一般MTA处于30°(水平叶片占优势)~60°(垂直叶片占优势)之间。平均叶倾角(MTA)二、仪器组成LAI-2050光学感应器LAI-2050使用一个“鱼眼”镜头,将半球视野范围内的光线折射到光电感应器上。使用具有“鱼眼”视野的透镜能保证了用于计算LAI的冠层样本尽可能大。LAI-2050光学感应器是LAI-2000的心脏感应器是专门为LAI-2000设计的,被分为五个同心圆。当光线折射到感应器上时,每一个感应器所检测的角度范围都不同。2050光学探头构造2050光学探头构造感应器所检测的光线是经过过滤的,只对波长小于490nm的光线响应——因为在这个范围里的光线受叶片的反射及折射最小滤光片使得叶簇相对其光亮的天空背景,表现为黑色。每一个感应器的输出值与环带上被天空照亮部分成比例。2050光学探头构造三、仪器原理及假设条件LAI-2000的基本原理植被冠层叶片的数量可通过测量光线透过冠层时被削弱的程度推导出来。从不同的天顶角角度来测量这种削弱,也可得到叶片倾斜的情况。LAI-2000的基本原理LAI-2000测量得到的数据至少10个:探头位于冠层上方时的5个数值,和探头位于冠层下方时的5个数值。冠层透射率的5个值是由这些对应读数两两相除得来的,例如,如果探测器1在冠层上的读数为50(单位不重要),冠层下的读数为5,那么在这个角度上(中心角度为7°)的透射率为5/50=0.10。据这5个天顶角的透射率,LAI-2000可计算出叶片数量(叶面积指数,LAI)和叶片倾斜度(平均叶片倾斜角度,MTA)。叶片不透光,且无反射叶片分布是随机的叶片面积相对每环的观测范围是很小的叶片的方位角是随机的假设条件四、操作方式LAI-2000的操作方式LAI-2000需要冠层上方和下方的测量值来进行计算,冠层上下的测量可通过三种方式完成:1)一个探头方式2)两个探头方式3)遥感方式LAI-2000的操作方式1)一个探头方式冠层上读数(A)和冠层下读数(B)均用同一个探头测得,这种方式适于矮冠层。这种测量以A读数开始,当B读数记录后,仪器会以最近的A值来计算透射率。如果天空条件稳定,一组A值可应用于几组B值。如果天空条件变化迅速,则应在每组B值前迅速测量一组新的A值。LAI-2000的操作方式2)两个探头方式主机上同时接两个探头(X接口和Y接口),一个置于冠层上,一个置于冠层下,同时记录两组值,并计算出透射率。这种方式适于高大冠层,同时也解决了天空条件变化迅速的情况。LAI-2000的操作方式3)遥感方式两台仪器同时进行,一个探头和主机自动测量A值(如每15秒),另一个探头和主机手动测量B值测量结束后,两个主机相连,测B值的主机会自动查找需要的A值,计算出透射率,也可将数据传至DOS下,用C2000程序进行合并计算。五、测量步骤LAI-2000的操作步骤1.连接LAI-2050探头到X口,正视面板时X口位于左面,Y口位于右面。2.打开电源开关。按ON键(右上角)接通电源。2秒钟后屏幕显示软件版本号及日期。按FCT09可以关掉电源,如果1小时内没有按键,电源也会自动切断。LAI-2000的操作步骤3.执行设置操作。按SETUP,出现00-09共10行菜单,可按方向键来选择菜单00**Setup01XCal02YCal03Vectors04Resolution05SetClock06SetDists07SetAngles081,2Channels09Off只要将所需条目置于显示栏的首行,然后按ENTER,即可运行。也可按FCT+代码运行。通常,我们只设置04和05,其它仍使用默认值LAI-2000的操作步骤04Resolution有两个选项:高精度和低精度。除低光照条件外,低精度即可以。选择高精度会使仪器反映稍慢些,但不会差别太大。检测是否需要高精度,可将仪器放稳,观察哪个环值数最低。当数值发生波动,最小环值的最小增加量超过此数值的1%时,就需用高精度。LAI-2000的操作步骤05SetClock进入此项目后,输入相应的数值,按右方向键移动,月份为英文的前三个字母,若输错,则月份栏显示为XXX。每键的左上角有一蓝色字母,按上方向键,然后按字母所在的键即可输入如不按上方向键,输入的是键中所示的数字修改用左方向键。输入后按回车键来确定。若不输入任何数值按回车键,则保持原有设置。按BREAK键可随时中断程序。LAI-2000的操作步骤4.设置操作方式。按OPER进入此菜单。清单如下:10**Oper11SetOpMode12SetPrompts13DefLogKey14LogNew通常,我们只进行11、12、16的操作。15LogAppend16BadReading171819OffLAI-2000的操作步骤11SetOpMode设定数据采集方式,有7个选项:1SensorX1个探头,连在X口1SensorY1个探头,连在Y口2Sensors2个探头,同时测量AB值RmtBelowX只测冠层下,连在X口RmtBelowY只测冠层下,连在Y口RmtAboveX只测冠层上,连在X口RmtAboveY只测冠层上,连在Y口用上下方向键来选择数据收集方式选择1sensorX按回车键后,出现两个选项:(1)测量顺序上方向键代表冠层上方值,下方向键代表冠层下方值。例如“↑↓↓↓↓↓”代表先测1个A值再测5个B值。(2)重复次数:输入重复次数(3次),然后按回车键。LAI-2000的操作步骤LAI-2000的操作步骤12SetPrompts为用户提供备注信息记录例如,想在每次新测量开始前备注所测样本和测量地点,则可以将备注问题设为:WHAT和WHERE根据提示输入WHAT和WHERE两个单词LAI-2000的操作步骤16BadReading当B值大于A值时,用此功能来进行修改。在一个传感器的测量方式下,有2个选择:1.忽略:当透射率大于1.0时,机器会鸣叫约半秒钟,这组B值在计算中不被采用,但仍存在文件中,这种忽略的鸣叫声在数值记录第二声时响起。此方式适用于A、B的实际值不是很接近时。2.设A/B=1:若透射率大于1.0时,视为1.0。这并不改变贮藏的数据,此方式适于用在极少或没有叶片的冠层下读取B值时。LAI-2000的操作步骤5.检查监视模式按BREAK进入检查监视模式,进入后默认的显示如下:在检查监视模式下,可以实时查看的项目及其代号如下:T:ClockF1:NextfilenumberX1:Ring1(70),Xsensor…….X5:Ring5(680),XsensorY1:Ring1(70),Ysensor…….Y5:Ring5(680),Ysensor1:BNCconnector#12:BNCconnector#2T10:00:04T10:00:04用上下方向键进行上行(A值)项目的选择用左右方向键进行下行(B值)项目的选择因为我们只有一个X传感器,所以Y1——Y5的值是OFF在检查监视模式下,可以粗略监视传感器的可靠性。如盖上盖子它们的值就应该变小,拿走盖子它们的值应该变大。LAI-2000的操作步骤6.数据记录和LAI计算按LOG,开始记录数据程序。根据提示输入备注信息,如:RICE和FIELD1出现状态栏注:当*位于上行时,上行为实时观测栏,下行为摘要栏;当*位于下行时,上行为摘要栏,下行为实时观测栏A值的序数*实时观测的项目代号数值已接受的AB的对数(SMP)平均LAI±SEL已接受的AB的对数(SMP)平均LAI±SELB值的序数*实时观测的项目代号数值当*位于上行时的界面:当*位于下行时的界面:用↑↓方向键可以改变上行显示的项目用←→方向键可以改变下行显示的项目LAI-2000的操作步骤将传感器置于冠层上方,按ENTER键或者传感器上的黑色按钮记录第一个A值,然后实时观测栏移到下行,表明开始记录B值,当第一个B值取得后,LAI处显示出计算值。按设定程序,连续取得5个B值后,一次重复完成。如果在11SetOpMode菜单中设定的重复次数为3,则实时观测栏又回到上行,开始准备第二次重复测量。3次重复结束后,仪器自动计算平均值。注意:记录一个数据时,我们需要按ENTER键或者传感器上的黑色按钮,这时我们可以听到2声蜂鸣,第一声是按键声,第二声是读数完成的声音。在两次蜂鸣声之间,必须保持传感器水平不动。按传感器上的按钮时,应该按一下就放开,如果一直不放松,蜂鸣声将一直响直到读数完成。黑色按纽测量完成后,仪器自动计算LAI和其它参数,所有观测值和计算值以文件的形式存入64K的主存贮器中。用户可在主机上查看数据文件或输出到电脑里。六、数据文件查看与管理数据文件查看与管理在主机面板上按File键,可进入文件菜单,在此菜单下,用户可以对存储的文件进行查看和管理。File菜单下所包含的子菜单如下:21MemoryStatus显示文件数、有效存贮空间和总存贮空间。22Delete进行文件删除。23Renumber对文件重新编号,以防止由于文件删除所引起的文件编号断号。24ClearRam将所有文件清理掉,使文件编号由0开始。数据文件查看与管理25Edit:此功能下有有四个选项1、Return返回2、StrioObs将所选存贮文件中的观察值去掉,可减少占据空间,但不能做重计算。3、ChangeRems编辑所选存贮文件中的备注。4、ChangeDists改变存贮文件中DIST值数据文件查看与管理26Recompute用存贮文件中的观测值进行重新计算。当文件完成或DIST值改变后进行此项功能。27View察看文件。文件分为5个部分,可按数字1-5可分别查看。标准的LAI-2000数据文件FILEDATETIMEWHATFIELDLAISELDIFNMTASEMSMP1914APR19:47:26RICE51.000.070.47264115ANGLES7.00023.0038.0053.0068.00C
本文标题:LAI2000讲义
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