|
系统简介
2014年德国RPG公司发布了第一代商用微波闪烁RPG-MWSC-160，它结合大孔径闪烁仪，构成光学——微波闪烁系统（Optical and Microwave Scintillometer Systems, OMS），可直接同步测量感热通量（H）和潜热通量（LE），该方法又称为双波长闪烁法，在实际应用过程中具有重要意义。对此，北京雨根科技有限公司率先引入该设备，成为国内第一家具有设计、使用、研究、双波长闪烁法测量水热通量的公司。
双波长闪烁法中，大孔径闪烁仪和微波闪烁仪的发射器分别发射不同波段的电磁波，电磁波在大气传播过程中，由于受大气的吸收、散射等影响，其光强度、振幅、相位等会受到一定程度的影响，其中强度的变化是最重要的特征，其变化由传播路径上空气波动剧烈状况决定。空气折射指数结构参数（C_n ²）是描述大气波动状况（湍流）的最重要的参数之一，由温度折射指数结构参数（C_T ²）、湿度折射指数结构参数（C_q ²）以及二者之间的共变项（C_Tq）共同决定 。双波长闪烁法通过建立C_n ²与C_T ²、C_q ²与C_Tq之间的函数关系，结合莫宁-奥布霍夫相似理论与相关气象数据，计算得到大尺度区域上的平均地表水热通量，即通过大孔径闪烁仪-微波闪烁仪系统，直接计算得出感热通量H(由于湍流运动从地面向大气传输的热量通量)和潜热通量LE(由于水汽相变向大气传输的热量通量)，对于水资源管理、水文、气象、农业等都有重要意义。
|
  |
|
系统特点
与大孔径闪烁仪结合，可野外长时间连续测量大面积感热与潜热通量；
系统重量轻，功耗低；
发射频率高，地面反射影响较小，与大孔径闪烁仪信号相匹配；
坚固耐用，操作简单；
可直接连接气象要素和GPS等基础数据；
独特的数据质量控制及诊断软件，方便对测量数据后期分析。
|
|
|
应用领域
主要在农业灌溉、森林火灾预警、水资源管理、天气预报、水文学、辐射收支研究、地表能量平衡研究、卫星数据的地面验证研究、湍流交换等方面研究应用。
|
|
| 参 数 | 描 述 |
| 发射频率 | 160.8 GHz (λ=1.86 mm) |
| 辐射功率 | 最大功率: >25mW, 50dB 衰减器 |
| 天线类型 | 卡塞格伦天线， 300mm 孔径 |
| 天线增益 | 52dB |
| 波束宽度 | 0.45° FWHM |
| 探测带宽 | 10kHz |
| 增益稳定性 | > 2.0×10-5 |
| 温度稳定性 | < 0.03K (两级控制) |
| 供电电源 | 12VDC |
| 功耗 | 最大50W (每个单元)， 20W 标准 (接收器)，15 W 标准 (发射器) |
| 输出数据 | Level 0 1kHz数字化原始数据，内部数据 |
| Level 1 双波长闪烁法协方差数据 | |
| Level 2 结构参数Cn²，感热通量H和潜热通量LE（ 含气象站） | |
| 安装类型 | 三角支架或铁塔 |
| 基线长度 | 500m～10Km，视线无遮挡 |
系统组成
| 组成 | 名称 | 型号 | 数量 |
| 系统主机 | 微波发射器 | RPG-MWSC-160TX | 1 |
| 微波接收器 | RPG-MWSC-160RX | 1 | |
| 气象要素传感器（必选） | WXT520 | 1 | |
| GPS模块（可选） | GPS | 1 | |
| BLS大孔径闪烁仪发射端 | Transmitter Unit | 1 | |
| BLS大孔径闪烁仪接收端 | Receiver Unit | 1 | |
| 数据处理及存储单元（SPU） | Signal Processing Unit | ||
| 数据采集器 | RR-1016 | ||
| 传感器 | 空气温湿度 | RR10TH | 2 |
| 风速 | RR30WS | 2 | |
| 风向 | RR30WD | 1 | |
| 气压 | RR410BP | 1 | |
| 净辐射 | RR71NR | 1 | |
| 土壤热通量 | RRHFT3 | 2 | |
| 土壤温度（可选，5、10、15、20、40cm） | RR10T | 5 | |
| 土壤湿度（可选，5、10、15、20、40cm） | RREC5 | 5 | |
| 附件 | 无线传输模块 | DTU3G | 1 |
| 无线传输模块（气象） | DTU900C | 1 | |
| 太阳能供电系统（128W太阳能板、100AH电池、电池防护箱、控制器及安装附件） | SP128WR | 8 | |
| 太阳能供电系统（20W太阳能板、12AH电池、控制器及安装附件）（气象） | SP20WR | 1 | |
| 防护机箱（安装SPU） | ENC30 | 1 | |
| 防护机箱（安装数据采集器）（气象） | ENC10 | 1 | |
| 安装支架（用于闪烁仪的发射和接收）（气象） | Tripod | 2 | |
| 安装支架（三角支架，2米主杆组成（两节），带3个地钉或膨胀钉） | TP3 | 1 | |
| 软件包（数据采集软件、无线传输下载软件等）（气象） | RR-DATA | 1 |
应用案例
| 微波闪烁仪的样机在 Sonora(墨西哥) 和 Lindenberg (德国) 两地成功地完成了长期实地考核试验，且与光学大孔径闪烁仪联合进行了观测。 | |
 图a 微波闪烁仪与红外闪烁仪的测量架设 |
 图b 路径积分感热通量H及潜热通量LvE估算。圆圈是涡度相关（Eddy-Covariance, EC)站的测量结果 |
|
参考文献
1.A. Lüdi, F. Beyrich, and C. Mätzler, “Determination of the Turbulent Temperature– Humidity Correlation from Scintillometric Measurements”, Bound.-Layer Meteorol., vol. 117, no. 3, pp. 525–550, Dec. 2005.
2.RPG-MWSC-160-Instrument Manual, “Installation, Operation and Software Guide”, RPG Radiometer Physics. GmbH,ftp://ftp.radiometer-physics.de/pub/Radiometer/Manuals/.
3.Andreas E L. Two-wavelength method of measuring path-averaged turbulent surface heat fluxes [J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 1989, 6(2): 280-292.
|
|