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自然生態(tài)系統(tǒng)極易受到氣候變化的影響而發(fā)生不可逆的破壞，如全球變暖、極端氣候災(zāi)害的頻繁發(fā)生，導(dǎo)致森林、草原、濕地、湖泊、冰原等脆弱性生態(tài)系統(tǒng)的退化。應(yīng)對氣候變化，開發(fā)、保護和改善氣候生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展， 需要建立長期自動觀測并提供準確性觀測數(shù)據(jù)的氣候生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
一．什么是氣候生態(tài)系統(tǒng)？
生態(tài)系統(tǒng)是人類生存和發(fā)展的基本條件，保護和建設(shè)好生態(tài)和環(huán)境，實現(xiàn)人類與生態(tài)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，是我國現(xiàn)代化建設(shè)中必須始終堅持的一項基本方針。
我國代表性的生態(tài)體統(tǒng)主要包括：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)和城市生態(tài)系統(tǒng)。 |
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二、系統(tǒng)需求及特點 |
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隨著生態(tài)環(huán)境保護工作的不斷擴大，對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的需求也越來越多。生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測是氣候系統(tǒng)觀測的重要組成部分。進行生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測的目的是通過對大氣、水、土壤、氣候及其生物狀況等進行同步、長期的監(jiān)測，獲取生態(tài)系統(tǒng)的綜合信息，向國家和社會各部門提供綜合生態(tài)系統(tǒng)資料，為開發(fā)研制我國生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警、預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為發(fā)展天氣、氣候模式提供基礎(chǔ)物理參數(shù)，為開展氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)影響評價、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)等業(yè)務(wù)提供支持。突出的系統(tǒng)需求來源于幾個方面：
A、對農(nóng)田生態(tài)狀況的監(jiān)測，要選擇具有代表性的水稻、小麥、玉米、棉花、大豆、油菜等農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，開展對大氣要素、作物要素、土壤要素、水文要素、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的動態(tài)觀測。
B、森林生態(tài)監(jiān)測主要是選擇具有代表性的東北、西南等森林生態(tài)系統(tǒng)，帶開展森林群落結(jié)構(gòu)、森林生長狀況、凋落物等森林生物因子的監(jiān)測，森林土壤物理和化學特征要素的監(jiān)測，林內(nèi)小氣候、大氣成分及水環(huán)境因子的監(jiān)測，森林生物多樣性及森林氣象災(zāi)害和病蟲害的監(jiān)測。
C、草地生態(tài)監(jiān)測主要是在我國有代表性的華北、西北和青藏高原等草原開展草地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測，包括大氣要素、作物要素、土壤要素、水文要素、草地氣象災(zāi)害等的動態(tài)監(jiān)測和生物多樣性等生物因子的監(jiān)測。
D、濕地生態(tài)監(jiān)測主要針對有代表性的黑龍江扎龍、海南紅樹林以及青海湖、三峽水庫、云南撫仙湖等的濕地生態(tài)系統(tǒng)開展?jié)竦厮w物理和化學要素的監(jiān)測，濕地植物種類、生物多樣性項目的監(jiān)測，濕地土壤成分、徑流量及水位的監(jiān)測，濕地氣象災(zāi)害等項目的監(jiān)測。
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三、系統(tǒng)設(shè)計方案 |
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生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作首先要解決4個問題，即：要有明確的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測目的；要有科學可行的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測計劃；要有正確統(tǒng)一的監(jiān)測方法、監(jiān)測手段、固定時間和質(zhì)量保證措施；要有分析評價監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學方法。
新時期的環(huán)境監(jiān)測工作的目的是要以區(qū)域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測為主，同時做好污染源監(jiān)測、環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測和重大環(huán)境污染問題的研究性監(jiān)測。現(xiàn)在要說清楚區(qū)域環(huán)境質(zhì)量狀況，就必須用現(xiàn)代化的監(jiān)測技術(shù)從宏觀上、全面上、多手段上和多因子上對區(qū)域環(huán)境進行監(jiān)測。體系所包含的監(jiān)測領(lǐng)域如下圖所示。
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四、系統(tǒng)在設(shè)計上遵循以下原則 |
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A、長期性
系統(tǒng)監(jiān)測的核心是在長期運行的基礎(chǔ)上反映該地區(qū)各類型生態(tài)環(huán)境的變化，地基生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)要求能連續(xù)長時間地工作，重要事件應(yīng)有預(yù)案和備份，保證在各種情況下能夠沒有遺漏地處理各類型生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)。
B、穩(wěn)定、可靠性
系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性也是一個基本原則。采用優(yōu)良的硬件、軟件產(chǎn)品和合理優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案，是保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的前提條件，相應(yīng)的選擇技術(shù)實力雄厚、社會信譽高、可持續(xù)發(fā)展生命力強的開發(fā)單位是保障系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性的重要條件。
C、前瞻性
系統(tǒng)應(yīng)充分考慮監(jiān)測不斷變化增加的需要：數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)生命力所在，數(shù)據(jù)管理是一個不斷更新的過程，因此充分滿足系統(tǒng)不斷更新和擴充的需要，是保證系統(tǒng)持續(xù)長久生命力的關(guān)鍵。
D、可擴展性
系統(tǒng)應(yīng)充分考慮業(yè)務(wù)發(fā)展的需要：本系統(tǒng)面臨的業(yè)務(wù)有一個不斷變化的過程，系統(tǒng)在功能設(shè)計時必須考慮為業(yè)務(wù)的變化留有余地。系統(tǒng)必須具有較強的可擴展性和對需求變化的自適應(yīng)能力，以適應(yīng)業(yè)務(wù)管理內(nèi)容和工作流程變化造成的系統(tǒng)需求的變化。
E、系統(tǒng)性與規(guī)范化
為了確保系統(tǒng)的基礎(chǔ)性，必須建立統(tǒng)一的標準和共同遵守的規(guī)范，使系統(tǒng)產(chǎn)品?監(jiān)測數(shù)據(jù)能為政府各部門及社會各行各業(yè)所接受和使用。
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五、Huatron氣候生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 |
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1、大氣環(huán)境觀測 |
| 大氣環(huán)境觀測主要針對平原、高山、海島、荒漠等各類代表性地表環(huán)境的氣象與環(huán)境資料進行觀測，通過常規(guī)觀測和梯度觀測等手段，對大氣平均特征和湍流特征以及生態(tài)環(huán)境感熱、潛熱通量等進行直接測量，為生態(tài)環(huán)境中能量、輻射、多種物質(zhì)交換、阻尼和擾動的觀測和研究提供精準的數(shù)據(jù)支持。 |
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監(jiān)測內(nèi)容：
空氣溫度、相對濕度、風向風速、大氣壓力、降水；
分層（風向、風速）+ 單層（溫度、濕度）+ 擴展（降水、
總輻射、紫外輻射、能見度、天氣現(xiàn)象等）
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推薦站型：CAMS620-HM氣象觀測站
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| CAMS620-HM氣象觀測站是專為觀測采集平原、高山、海島、荒漠等各類代表性地表環(huán)境的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)而設(shè)計的全天候自動監(jiān)測設(shè)備。分為遙測站和自動站，以滿足氣象、水文、航空、環(huán)境、國防和科研等領(lǐng)域的需要。 |
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| 推薦站型：CAMS620-GS梯度觀測站 |
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| CAMS620-GS梯度觀測站是針對各要素垂直空間分布測量而設(shè)計的高精度氣象監(jiān)測設(shè)備，它能對大氣平均特征和湍流特征進行直接測量，實現(xiàn)對不同下墊面的邊界層能量、輻射、多種物質(zhì)交換、阻尼和擾動的觀測和研究。CAMS620-GS梯度觀測站可以廣泛應(yīng)用于通量觀測、風能觀測、環(huán)境觀測等三個主流應(yīng)用領(lǐng)域。 |
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2、輻射觀測 |
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輻射環(huán)境觀測是主要通過長期采集測量太陽輻射以及與之相關(guān)聯(lián)的微氣象數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，直觀的反映出太陽輻射熱平衡以及收支平衡數(shù)據(jù)變化，為生態(tài)環(huán)境中的蒸發(fā)、植物的蒸騰，水循環(huán)研究提供重要的參考依據(jù)，同時還可為天氣和氣象學研究、家庭和工業(yè)太陽能技術(shù)的發(fā)展提供直接依據(jù)。 |
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| 測量要素： 太陽總輻射、直接輻射、散射輻射、反射輻射、凈輻射、長波輻射、分光譜輻射及光合有效輻射、紫外輻射、微氣象 |
| 推薦站型：CAMS620-SP輻射觀測站 |
| CAMS620-SP輻射觀測站是由CAMS620嵌入式數(shù)采系統(tǒng)和華創(chuàng)風云集團(HUATRON)的高精度輻射傳感器，如太陽總輻射、直接輻射、散射輻射、反射輻射、凈輻射、長波輻射、分光譜輻射及光合有效輻射等，按各種類型的來太陽輻射能量數(shù)據(jù)測量目標的系統(tǒng)組合。可廣泛應(yīng)用于太陽能研究、氣象、環(huán)境、海洋、農(nóng)業(yè)生態(tài)、建筑材料等領(lǐng)域。 |
| 推薦儀器：ASP30全自動太陽輻射儀 |
| ASP30太陽輻射監(jiān)測儀是一款全自動、多通道全功能（總輻射、直接輻射、分光譜、輻射計、太陽能功率、空氣溫濕度、表面溫度、微氣象條件）、太陽能供電、適合無人值守的太陽輻射監(jiān)測儀器。 | |
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3、通量觀測 |
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通量觀測是針對生態(tài)系統(tǒng)碳通量、水氣通量以及熱通量進行觀測觀測，從而獲得各種陸地生態(tài)系統(tǒng)和大氣之間CO2，H2O等物質(zhì)的傳輸和能量交換相關(guān)數(shù)據(jù)，為土壤、植被、大氣之間的物質(zhì)、能量交換模型提供一種直接驗證手段，為全球氣候變化研究提供有效的通量觀測數(shù)據(jù)。 |
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| 監(jiān)測內(nèi)容：三維風、二氧化碳濃度、水汽濃度、空氣溫濕度、土壤濕度梯度差值、地下水位、土壤含水率 |
| 推薦站型：CAMS620-EC通量觀測站 |
| CAMS620-EC通量觀測站直接測定觀測區(qū)域的三維風、二氧化碳濃度、水汽濃度及濕度溫度，從而獲得各種陸地生態(tài)系統(tǒng)和大氣之間CO2，H2O等物質(zhì)的傳輸和能量交換相關(guān)數(shù)據(jù)，為土壤-植被-大氣之間的物質(zhì)、能量交換模型提供一種直接驗證手段，為全球氣候變化研究提供有效的通量觀測數(shù)據(jù)。 |
| 推薦站型：CAMS620-EC涵養(yǎng)水源站 |
| CAMS620-EC涵養(yǎng)水源站是針對濕地涵養(yǎng)水源變化而設(shè)計的一種全天候連續(xù)監(jiān)測的自動監(jiān)測站。通過對濕地典型區(qū)域4-8層土壤溫濕度、地下水位等關(guān)鍵因素進行長期連續(xù)監(jiān)測，獲取土壤濕度梯度差值、地下水位、土壤含水率等監(jiān)測數(shù)據(jù)，為濕地涵養(yǎng)水源蓄水功能以及水源地徑流調(diào)節(jié)功能評價提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 |
| 推薦站型：CAMS620-EC渦度通量站 |
CAMS620-EC通量觀測站直接測定觀測區(qū)域的三維風、二氧化碳濃度、水汽濃度及濕度溫度，從而獲得各種陸地生態(tài)系統(tǒng)和大氣之間CO2，H2O等物質(zhì)的傳輸和能量交換相關(guān)數(shù)據(jù)，為土壤、植被、大氣之間的物質(zhì)、能量交換模型提供一種直接驗證手段，為全球氣候變化研究提供有效的通量觀測數(shù)據(jù)。
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4、水環(huán)境監(jiān)測 |
| 水環(huán)境觀測主要針對濕地、森林、草地、湖泊、冰原等生態(tài)環(huán)境中的水文、水質(zhì)等進行長期連續(xù)監(jiān)測，為保護和改善生態(tài)水環(huán)境研究提供重要的參考依據(jù)。 |
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| 監(jiān)測要素：水位、水位、水質(zhì)、流速、流量 |
| 推薦站型：MAWS805-WQ水質(zhì)監(jiān)測站 |
| MAWS805-WQ水質(zhì)監(jiān)測站是專為觀測及采集地表水、地下水、水源水、飲用水、污水排放口、海洋江河、溪流、水源地、濕地、水產(chǎn)養(yǎng)殖等各種領(lǐng)域水體的水質(zhì)而設(shè)計的一款在線式水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測記錄設(shè)備。MAWS805-WQ水質(zhì)監(jiān)測站可無人值守、長期連續(xù)在線監(jiān)測記錄，并且整體性能絲毫不會受監(jiān)測環(huán)境的鹽堿度、污染程度等各類惡劣環(huán)境的影響。 |
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| 推薦站型：MAWS805-WL水位監(jiān)測站 |
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| MAWS805-WL水位監(jiān)測站是一款無人值守、太陽能供電、GPRS通信、可長期連續(xù)在惡劣環(huán)境下工作的地表水位監(jiān)測預(yù)警站，依靠其高可靠性和采集與通信集成一體化的特點，MAWS805-WL水位監(jiān)測站可廣泛應(yīng)用于水位監(jiān)測（江河、積水）、水利監(jiān)測與發(fā)電、濕地生態(tài)、氣象水文、公共安全等領(lǐng)域。 |
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5、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測 |
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生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站對生態(tài)保護區(qū)內(nèi)的風速風向、降雨量、空氣溫濕度、土壤水分等環(huán)境因子的監(jiān)測。為氣候生態(tài)環(huán)境監(jiān)測服務(wù)提供科學依據(jù)。 |
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| 監(jiān)測要素：負氧離子、紫外線、日照、光合有效、太陽總輻射、降水、風向、風速等 |
| 推薦站型：CAMS620-CS生態(tài)環(huán)境站 |
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CAMS620-CS生態(tài)環(huán)境站是華創(chuàng)風云集團針對環(huán)境持續(xù)惡化而開發(fā)的一種全天候連續(xù)監(jiān)測的自動監(jiān)測站，使我國一些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到了有效保護和改善。
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| 推薦設(shè)備：PS32雨滴譜監(jiān)測儀 |
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PS32雨滴譜監(jiān)測儀是一款采用激光遙測技術(shù)對降水過程進行分析、記錄的全自動監(jiān)測設(shè)備，可對各種降水過程(毛毛雨、小雨、大雨、冰雹、雪花、雪粒、雨夾雪等)進行精確測量。經(jīng)過統(tǒng)計降水粒子在速度和粒徑上的分布(雨滴譜)，計算各種降雨類型的強度、總量，還可給出降水過程中雷達反射率等。PS32雨滴譜監(jiān)測儀通過一個快速的數(shù)字化信號處理器完成數(shù)據(jù)獲取和存儲，測量的基本參數(shù)為降水的粒徑和速度，由此推導(dǎo)出粒徑分布、降水量、消光系數(shù)、降水動能和降水類型等數(shù)據(jù)。 |
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