波文比观测系统

能量平衡-波文比法（EBBR）是指通过测量净辐射、土壤热通量以及温度差和水汽压差，求出潜热和显热通量的一种方法。测量系统主要由四部分组成：数据采集器、高精度传感器、自动换位系统和自动切换系统。其中，数据采集器是通过采集和存储净辐射和土壤热通量等；通过自动换位测定系统采集和存储的温度和湿度差，以及对自动换位装置的触发换位控制；

英国物理学家Bowen（1926）在研究自由水面的能量平衡时提出能量平衡-波文比法（Energy Balance-Bowen Ratio,EBBR），利用水面与空气间的乱流交换热量（显热通量H）与自由水面蒸发水汽的耗热（潜热通量LE）之比，并结合能量平衡公式，求得显热通量和潜热通量的方法。

Bowen比推导公式如下： 

其中，β为波文比，Kh和Kq分别为水、热湍流交换系数（假设Kh Kq）；为湿球常数，0.665（kPa/℃）；L为蒸发潜热系数，2.45（MJ/kg）；Cp为比气体常数；为温度差（可用实测温度差代替）； 为两个不同观测层间的水汽压差。

通过换位技术，消除由测量仪器本身产生的系统误差，从而使波文比的测量计算精度有较明显的提高。对两个温湿度传感器在一个换位周期的两组测量值之差取平均值，以消除系统误差，提高波文比的测量精度。

系统组成

1)CR3000数据采集器

*大扫描速率：100Hz

模拟输入通道：28个单端或14对差分

脉冲计数器：4个

开关激光通道：4个电压激发，3个电流激发

数字控制端口：3个SDM, 8个I/O或4个RS-232

通讯/数据存储端口：1个CS I/O,1个RS-232,1个并行外围设备

输入电压范围：±5Vdc

模拟电压测量精度：±（0.04%读数+偏移量），0～40℃

模拟分辨率：0.33μV

模拟/数字转换位数：16位

操作温度：-25～50℃（标准）；-40～85℃（低温扩展）

内存：2MB用于运行系统，4MB用于CPU、程序及数据存储

供电要求：10～16VDC

功耗：2mA(休眠状态)，3mA(1Hz采样频率)，10mA(100Hz采样频率)

可支持的通信协议：PakBus,Modbus, DNP3,SDI-12,SDM

可支持的互联网协议：FTP, HTTP, XML POP3, SMTP, Telnet, NTCIP, NTP

2）HC2A-S3 空气温湿度传感器

HC2A-S3是由瑞士Rotronic公司生产的温度和湿度一体式探头，是一种准确度高、坚实、耐用的可适用于野外长期观测的温湿度传感器。该传感器配有一个聚乙烯过滤器，用来防止灰尘和微粒进入，保证了传感器测量的优越性和可靠性。在配备聚四氟乙烯（特氟龙）的过滤器后，HC2A-S3虽在响应时间方面略有下降（≤30s），但可大幅提高环境适应性，能够在海洋等高盐分、高湿度环境下正常使用。
主要技术参数

温度量程：-40～60℃（出厂标定量程）；-50℃～100℃（温度极限范围）  

温度精度：±0.1℃（@10～30℃）

相对湿度量程：0～99%RH
相对湿度精度：±0.8%RH（@10～30℃）
长期稳定性：＜1%RH/年
供    电：3.3～5Vdc

3）NR01四分量净辐射传感器

测量参数：向上的长波辐射，向下的长波辐射，太阳总辐射，反射太阳辐射、净辐射

可选测量：反照率或太阳反射比，天空温度，日照时数和表面温度

短波辐射传感器(SW)：

短波光谱范围：285～3000nm

校准溯源至：WRR

校准不确定性：＜1.8%

长波辐射传感器(LW)：

光谱范围：4500～40000 nm

校准溯源至：WISG

校准不确定性：＜7%

温度传感器类型：Pt100（仪器自身温度）

加热器功率：1.5W @ 12VDC

操作温度：-40～80℃

4）土壤热通量板

HFP01是世界上流行的土壤热通量测量传感器，也可以通过墙壁和建筑物围护结构进行测量。传感器采用陶瓷/塑料复合材料本体，使总热阻保持较小。传感器非常坚固,性能稳定。它适用于在一个位置长期测量，以及多个位置进行系统集成测量。

技术性能参数

测量参数：热通量

感应区域：8×10^-4m²

量   程 :  -2000～﹢2000W/m²

灵敏度:  60×10^-6V/(W/m²)

传感器热阻：71×10^-4K/(W/m²)

传感器电阻范围: 1～4Ω

校准不确定性：±3%（k=2）

工作温度范围： -30～70℃

IP防护等级：IP67

5）03002风速风向传感器

操作温度：-50～50℃

风速测量

测量范围：0～50m/s，阵风60m/s
精度：±0.5m/s

启动风速：1.1m/s

输出信号：交流正弦波，每转1个脉冲

风向测量

量程： 0～360°（机械），0～352°（电子，8°开口）
精度：±5°

启动风速：1.3m/s

输出信号：模拟电压信号

供    电：电位计激发电压*大15VDC（03002）

6）TCAV平均土壤温度传感器

TCAV土壤平均温度探头采用E型（镍铬-康铜）热电偶探头，用于测量土壤表层以下6～8cm的土壤平均温度，可测得小面积土壤的垂直、水平两个方向的平均温度。每组探头拥有2×2共4个平行探针，每一个探针用于测量不同深度的温度。TCAV可与土壤热通量板和土壤温湿度传感器配合使用，从而计算出总土壤热通量。

技术性能参数

传感器类型：镍镉-康铜热电偶
典型输出：60μV/℃

重量：0.45kg（含15.24m电缆）