應(yīng)用氣象儀器講課學(xué)時(shí)：16實(shí)習(xí)學(xué)時(shí)：16教師：李永秀劉春偉禁止私自將本課件在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳播，否則將追究相關(guān)責(zé)任！請尊重他人的勞動成果！課程考核共6次實(shí)驗(yàn)，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式提交結(jié)果，課后完成，每次實(shí)習(xí)滿分10分，共60分學(xué)期中穿插2次小測驗(yàn)，每次20分，總分40分，作為平時(shí)成績以上6次實(shí)驗(yàn)報(bào)告和2次小測驗(yàn)成績相加作為課程最終成績實(shí)驗(yàn)報(bào)告文字全部手寫在學(xué)校統(tǒng)一印刷的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上，不接受打印、復(fù)印稿及采用非專用紙張書寫的報(bào)告，圖表可另附頁打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告如發(fā)現(xiàn)雷同，則所有雷同報(bào)告一律退回重寫，如重寫仍然存在抄襲，則該次實(shí)驗(yàn)計(jì)為零分注意在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上填寫學(xué)號和姓名實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式實(shí)驗(yàn)一XXXXXX一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理：在本課程中，主要是儀器的工作原理三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料：所用儀器、工具及植物或土壤材料等四、實(shí)驗(yàn)步驟簡明扼要地寫出實(shí)驗(yàn)操作步驟流程五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果用圖表將實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)表示出來，并對數(shù)據(jù)所反映的結(jié)果進(jìn)行分析、歸納，最終形成結(jié)論。六、討論對實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象、產(chǎn)生的誤差、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行討論和分析，在討論和分析過程中應(yīng)盡可能地結(jié)合本課程以及本專業(yè)相關(guān)課程中的有關(guān)理論來進(jìn)行緒論1、現(xiàn)代應(yīng)用氣象儀器的特征精確連續(xù)快捷自動掌握一臺儀器，既是掌握一門技術(shù)。2、常用應(yīng)用氣象儀器分類氣象觀測儀器溫濕度、輻射、風(fēng)速風(fēng)向、氣壓、降水植物生理生態(tài)儀器光合作用、蒸騰作用、氣孔導(dǎo)度、葉面積土壤監(jiān)測儀器土壤溫度、土壤水分、土壤呼吸環(huán)境氣體檢測儀器大氣中CO2、NO2、SO2、O3、CH4、H2S、CO、

NO、NH3等含量的監(jiān)測緒論第一章植物生理生態(tài)儀器§1葉面積測量—LAI2000冠層分析儀一、背景知識

冠層結(jié)構(gòu)——葉片的數(shù)量及其分布情況，是研究不同尺度上的生態(tài)系統(tǒng)過程、系統(tǒng)之間的物流和能流的基礎(chǔ).冠層中光線穿透情況冠層生產(chǎn)力冠層截留冠層下土壤水分蒸發(fā)、蒸騰損失總量土壤溫度

為什么要測量冠層結(jié)構(gòu)？直接測量植物冠層結(jié)構(gòu)十分困難，手工測量只限于小冠層，對于象森林那樣大的冠層，幾乎是不可能的。光線傳播模型能相對簡單地測量出光線穿透情況，并對冠層結(jié)構(gòu)作出精確的估計(jì)。

為什么要用LAI-2000冠層分析儀測量植物冠層結(jié)構(gòu)？

快速直接測量葉面積指數(shù)；不受光線條件限制，能在不同光照下進(jìn)行測量；測量時(shí)不需太陽直射光線照射；能測量不同大小的冠層，細(xì)至小草，大至森林儀器輕便易攜，便于野外使用；低能耗，可以在野外長時(shí)間使用；可以連接多種輻射感應(yīng)器，能同時(shí)測量PAR；

LAI-2000冠層分析儀的特點(diǎn)

測量葉面積指數(shù)（LAI）計(jì)算葉面積指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤（SEL）測量平均葉傾角（MTA）計(jì)算平均傾角標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）測量參數(shù)LAI回答“有多少葉片”的問題，通常可認(rèn)為是葉面積/地面積，LAI沒有單位。盡管LAI字面上是指“葉面積指數(shù)”，但LAI-2000是測量所有擋光的物體。葉面積指數(shù)（LAI）MTA回答“葉片傾斜如何”的問題。如果所有葉片都是水平的，那么MTA就是0°；若都是垂直的，則為90°。一般MTA處于30°（水平葉片占優(yōu)勢）~60°（垂直葉片占優(yōu)勢）之間。平均葉傾角（MTA）二、儀器組成LAI-2050光學(xué)感應(yīng)器LAI-2050使用一個(gè)“魚眼”鏡頭，將半球視野范圍內(nèi)的光線折射到光電感應(yīng)器上。使用具有“魚眼”視野的透鏡能保證了用于計(jì)算LAI的冠層樣本盡可能大。

LAI-2050光學(xué)感應(yīng)器是LAI-2000的心臟感應(yīng)器是專門為LAI-2000設(shè)計(jì)的，被分為五個(gè)同心圓。當(dāng)光線折射到感應(yīng)器上時(shí)，每一個(gè)感應(yīng)器所檢測的角度范圍都不同。2050光學(xué)探頭構(gòu)造2050光學(xué)探頭構(gòu)造

感應(yīng)器所檢測的光線是經(jīng)過過濾的，只對波長小于490nm的光線響應(yīng)——因?yàn)樵谶@個(gè)范圍里的光線受葉片的反射及折射最小濾光片使得葉簇相對其光亮的天空背景，表現(xiàn)為黑色。每一個(gè)感應(yīng)器的輸出值與環(huán)帶上被天空照亮部分成比例。2050光學(xué)探頭構(gòu)造三、儀器原理及假設(shè)條件LAI-2000的基本原理

植被冠層葉片的數(shù)量可通過測量光線透過冠層時(shí)被削弱的程度推導(dǎo)出來。從不同的天頂角角度來測量這種削弱，也可得到葉片傾斜的情況。

LAI-2000的基本原理LAI-2000測量得到的數(shù)據(jù)至少10個(gè)：探頭位于冠層上方時(shí)的5個(gè)數(shù)值，和探頭位于冠層下方時(shí)的5個(gè)數(shù)值。冠層透射率的5個(gè)值是由這些對應(yīng)讀數(shù)兩兩相除得來的，例如，如果探測器1在冠層上的讀數(shù)為50（單位不重要），冠層下的讀數(shù)為5，那么在這個(gè)角度上（中心角度為7°）的透射率為5/50=0.10。據(jù)這5個(gè)天頂角的透射率，LAI-2000可計(jì)算出葉片數(shù)量（葉面積指數(shù)，LAI）和葉片傾斜度（平均葉片傾斜角度，MTA）。

葉片不透光，且無反射葉片分布是隨機(jī)的葉片面積相對每環(huán)的觀測范圍是很小的葉片的方位角是隨機(jī)的假設(shè)條件四、操作方式LAI-2000的操作方式LAI-2000需要冠層上方和下方的測量值來進(jìn)行計(jì)算，冠層上下的測量可通過三種方式完成：1）一個(gè)探頭方式2）兩個(gè)探頭方式3）遙感方式LAI-2000的操作方式一個(gè)探頭方式

冠層上讀數(shù)（A）和冠層下讀數(shù)（B）均用同一個(gè)探頭測得，這種方式適于矮冠層。這種測量以A讀數(shù)開始，當(dāng)B讀數(shù)記錄后，儀器會以最近的A值來計(jì)算透射率。如果天空條件穩(wěn)定，一組A值可應(yīng)用于幾組B值。如果天空條件變化迅速，則應(yīng)在每組B值前迅速測量一組新的A值。

一個(gè)探頭方式LAI-2000的操作方式兩個(gè)探頭方式主機(jī)上同時(shí)接兩個(gè)探頭（X接口和Y接口)，一個(gè)置于冠層上，一個(gè)置于冠層下，同時(shí)記錄兩組值，并計(jì)算出透射率。這種方式適于高大冠層，同時(shí)也解決了天空條件變化迅速的情況。

兩個(gè)探頭方式LAI-2000的操作方式3）遙感方式兩臺儀器同時(shí)進(jìn)行，一個(gè)探頭和主機(jī)自動測量A值（如每15秒），另一個(gè)探頭和主機(jī)手動測量B值測量結(jié)束后，兩個(gè)主機(jī)相連，測B值的主機(jī)會自動查找需要的A值，計(jì)算出透射率，也可將數(shù)據(jù)傳至電腦中，用C2000程序進(jìn)行合并計(jì)算。遙感方式五、測量步驟LAI-2000的操作步驟連接LAI-2050探頭到X口，正視面板時(shí)X口位于左面，Y口位于右面。打開電源開關(guān)。按ON鍵（右上角）接通電源。2秒鐘后屏幕顯示軟件版本號及日期。按FCT09可以關(guān)掉電源，如果1小時(shí)內(nèi)沒有按鍵，電源也會自動切斷。

LAI-2000的操作步驟3.執(zhí)行設(shè)置操作。按SETUP，出現(xiàn)00-09共10行菜單，可按方向鍵來選擇菜單00**Setup01XCal02YCal03Vectors04Resolution05SetClock06SetDists07SetAngles081,2Channels09Off只要將所需條目置于顯示欄的首行，然后按ENTER，即可運(yùn)行。也可按FCT+代碼運(yùn)行。通常，我們只設(shè)置04和05，其它仍使用默認(rèn)值LAI-2000的操作步驟04Resolution有兩個(gè)選項(xiàng)：高精度和低精度。除低光照條件外，低精度即可以。選擇高精度會使儀器反映稍慢些，但不會差別太大。檢測是否需要高精度，可將儀器放穩(wěn)，觀察哪個(gè)環(huán)值數(shù)最低。當(dāng)數(shù)值發(fā)生波動，最小環(huán)值的最小增加量超過此數(shù)值的1%時(shí)，就需用高精度。

LAI-2000的操作步驟

05SetClock進(jìn)入此項(xiàng)目后，輸入相應(yīng)的數(shù)值，按右方向鍵移動，月份為英文的前三個(gè)字母，若輸錯，則月份欄顯示為XXX。

每鍵的左上角有一藍(lán)色字母，按上方向鍵，然后按字母所在的鍵即可輸入如不按上方向鍵，輸入的是鍵中所示的數(shù)字修改用左方向鍵。輸入后按回車鍵來確定。若不輸入任何數(shù)值按回車鍵，則保持原有設(shè)置。按BREAK鍵可隨時(shí)中斷程序。LAI-2000的操作步驟4.設(shè)置操作方式。按OPER進(jìn)入此菜單。子菜單項(xiàng)目如下：10**Oper11SetOpMode12SetPrompts13DefLogKey14LogNew通常，我們只進(jìn)行11、12、16的操作。15LogAppend16BadReading171819OffLAI-2000的操作步驟11SetOpMode設(shè)定數(shù)據(jù)采集方式，有7個(gè)選項(xiàng)：l

1SensorX 1個(gè)探頭，連在X口l

1SensorY 1個(gè)探頭，連在Y口l

2Sensors 2個(gè)探頭，同時(shí)測量AB值l

RmtBelowX 只測冠層下，連在X口l

RmtBelowY 只測冠層下，連在Y口l

RmtAboveX 只測冠層上，連在X口l

RmtAboveY 只測冠層上，連在Y口

用上下方向鍵來選擇數(shù)據(jù)收集方式

選擇1sensorX按回車鍵后，出現(xiàn)兩個(gè)選項(xiàng)：（1）測量順序上方向鍵代表冠層上方值，下方向鍵代表冠層下方值。例如“↑↓↓↓↓↓”代表先測1個(gè)A值再測5個(gè)B值。（2）重復(fù)次數(shù)：輸入重復(fù)次數(shù)（3次），然后按回車鍵。

LAI-2000的操作步驟LAI-2000的操作步驟12SetPrompts

為用戶提供備注信息記錄例如,想在每次新測量開始前備注所測樣本和測量地點(diǎn)，則可以將備注問題設(shè)為：what和where，則

根據(jù)提示輸入what和where兩個(gè)單詞

LAI-2000的操作步驟

16BadReading

當(dāng)B值大于A值時(shí)，用此功能來進(jìn)行修改。在一個(gè)傳感器的測量方式下，有2個(gè)選擇：忽略：當(dāng)透射率大于1.0時(shí)，機(jī)器會鳴叫約半秒鐘，這組B值在計(jì)算中不被采用。此方式適用于A、B的實(shí)際值不是很接近時(shí)。設(shè)A／B＝1：若透射率大于1.0時(shí)，視為1.0，但并不改變存儲的數(shù)據(jù)，此方式適于用在極少或沒有葉片的冠層下讀取B值時(shí)。

LAI-2000的操作步驟5.檢查監(jiān)視模式按BREAK進(jìn)入檢查監(jiān)視模式，進(jìn)入后默認(rèn)的顯示如下：在檢查監(jiān)視模式下，可以實(shí)時(shí)查看的項(xiàng)目及其代號如下：T:ClockF1:NextfilenumberX1:Ring1(70),Xsensor…….X5:Ring5(680),XsensorY1:Ring1(70),Ysensor…….Y5:Ring5(680),Ysensor1:BNCconnector#12:BNCconnector#2

T10:00:04T10:00:04用上下方向鍵進(jìn)行上行(A值）項(xiàng)目的選擇用左右方向鍵進(jìn)行下行（B值）項(xiàng)目的選擇因?yàn)槲覀冎挥幸粋€(gè)X傳感器，所以Y1——Y5的值是OFF在檢查監(jiān)視模式下，可以粗略監(jiān)視傳感器的可靠性。如蓋上蓋子它們的值就應(yīng)該變小，拿走蓋子它們的值應(yīng)該變大。LAI-2000的操作步驟6.數(shù)據(jù)記錄和LAI計(jì)算按LOG，開始記錄數(shù)據(jù)程序。根據(jù)提示輸入備注信息，如：rice和plot1出現(xiàn)狀態(tài)欄注：當(dāng)*位于上行時(shí)，上行為實(shí)時(shí)觀測欄，下行為摘要欄；當(dāng)*位于下行時(shí)，上行為摘要欄，下行為實(shí)時(shí)觀測欄A值的序數(shù)*實(shí)時(shí)觀測的項(xiàng)目代號數(shù)值已接受的AB的對數(shù)（SMP）平均LAI±SEL已接受的AB的對數(shù)（SMP）平均LAI±SELB值的序數(shù)*實(shí)時(shí)觀測的項(xiàng)目代號數(shù)值當(dāng)*位于上行時(shí)的界面：當(dāng)*位于下行時(shí)的界面：用↑↓方向鍵可以改變上行顯示的項(xiàng)目用←→方向鍵可以改變下行顯示的項(xiàng)目LAI-2000的操作步驟將傳感器置于冠層上方，按ENTER鍵或者傳感器上的黑色按鈕記錄第一個(gè)A值，然后實(shí)時(shí)觀測欄移到下行，表明開始記錄B值，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)B值取得后，LAI處顯示出計(jì)算值。按設(shè)定程序，連續(xù)取得5個(gè)B值后，一次重復(fù)完成。如果在11SetOpMode菜單中設(shè)定的重復(fù)次數(shù)為3，則實(shí)時(shí)觀測欄又回到上行，開始準(zhǔn)備第二次重復(fù)測量。3次重復(fù)結(jié)束后，儀器自動計(jì)算平均值。注意：記錄一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，我們需要按ENTER鍵或者傳感器上的黑色按鈕，這時(shí)我們可以聽到2聲蜂鳴，第一聲是按鍵聲，第二聲是讀數(shù)完成的聲音。在兩次蜂鳴聲之間，必須保持傳感器水平不動。按傳感器上的按鈕時(shí)，應(yīng)該按一下就放開，如果一直不放松，蜂鳴聲將一直響直到讀數(shù)完成。黑色按紐測量完成后，儀器自動計(jì)算LAI和其它參數(shù)，所有觀測值和計(jì)算值以文件的形式存入64K的主存貯器中。用戶可在主機(jī)上查看數(shù)據(jù)文件或輸出到電腦里。六、數(shù)據(jù)文件查看與管理數(shù)據(jù)文件查看與管理在主機(jī)面板上按File鍵，可進(jìn)入文件菜單，在此菜單下，用戶可以對存儲的文件進(jìn)行查看和管理。File菜單下所包含的子菜單如下：21MemoryStatus

顯示文件數(shù)、有效存貯空間和總存貯空間。22Delete

進(jìn)行文件刪除。23Renumber

對文件重新編號，以防止由于文件刪除所引起的文件編號斷號。24ClearRam

將所有文件清理掉，使文件編號由0開始。數(shù)據(jù)文件查看與管理25Edit：此功能下有有四個(gè)選項(xiàng)數(shù)據(jù)文件查看與管理25Edit編輯文件

26pute用存貯文件中的觀測值進(jìn)行重新計(jì)算。當(dāng)文件完成或DIST值改變后進(jìn)行此項(xiàng)功能。27View察看文件。文件分為5個(gè)部分，可按數(shù)字1-5可分別查看。標(biāo)準(zhǔn)的LAI-2000數(shù)據(jù)文件FILEDATETIMEWHATWHERELAISELDIFNMTASEMSMP1914APR19:47:26RICEPLOT11.000.070.47264115

ANGLES 7.000 23.00 38.00 53.00 68.00CNTCT# 0.322 0.367 0.491 0.543 0.510STDDEV 0.204 0.214 0.208 0.155 0.092DISTS 1.008 1.087 1.270 1.662 2.670GAPS 0.723 0.671 0.536 0.406 0.256

A119:47:364.1014.5075.4206.8428.058B219:47:463.7503.8813.8673.4042.352標(biāo)準(zhǔn)的LAI-2000數(shù)據(jù)文件FILEDATETIMEWHATWHERELAISELDIFNMTASEMSMP1914APR19:47:26riceplot11.000.070.47264115題頭包括：文件號（系統(tǒng)設(shè)定）、文件產(chǎn)生時(shí)間、用戶備注計(jì)算結(jié)果：葉面積指數(shù)（LAI）、葉面積指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤（SEL）、未截獲散射（DIFN）、平均傾斜角度（MTA）、平均傾斜角標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）用于計(jì)算的A、B觀測值組數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)的LAI-2000數(shù)據(jù)文件ANGLES 7.000 23.00 38.00 53.00 68.00CNTCT# 0.322 0.367 0.491 0.543 0.510STDDEV 0.204 0.214 0.208 0.155 0.092DISTS 1.008 1.087 1.270 1.6622.670GAPS 0.723 0.671 0.536 0.406 0.256統(tǒng)計(jì)值：包括含有5個(gè)數(shù)的5組數(shù)據(jù)

ANGLES五個(gè)環(huán)每環(huán)的中心角度值

CNTCT#平均接觸頻率

STDDEV接觸頻率標(biāo)準(zhǔn)誤

DISTS路徑長

GAPS空隙部分觀測值：包括“A”、“B”標(biāo)記、順序號、記錄時(shí)間和探頭5環(huán)的數(shù)值。標(biāo)準(zhǔn)的LAI-2000數(shù)據(jù)文件LAI2000所有功能菜單列表要進(jìn)入某一菜單，可按FCT鍵，然后按相應(yīng)代碼即可八、測量注意事項(xiàng)測量注意事項(xiàng)B值的數(shù)量遮蓋帽的作用光線的需求樣地的大小斜坡的影響冠層內(nèi)的空隙在95%的置信區(qū)間上，我們可以做N個(gè)B值的測量，然后查看SEL（葉面積指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差），計(jì)算SEL/LAI。每個(gè)B閱讀的數(shù)量所能接受的SEL/LAI值見下圖，如果無法達(dá)到，需要增加測量次數(shù)。多少個(gè)B值是足夠的？從傳感器的視野中去除太陽；從視野中去除操作者的影響；天空的亮度不均勻；冠層內(nèi)有明顯的空隙；減小對測量樣地尺寸的需要；減小了森林內(nèi)必須的空地尺寸。遮蓋帽的用途？直射的陽光：應(yīng)盡可能避免直射的陽光，盡量在日出日落時(shí)或多云的天氣進(jìn)行測量，如果避免不了，那么需要注意：使用270度的遮蓋帽或更小的視野遮蓋帽；背對陽光進(jìn)行測量，遮擋住日光和操作者本身；對植物冠層進(jìn)行遮陰處理；天空云分布不均勻?qū)е鹿饩€不均勻的天氣條件：等待云彩飄過并遮擋了陽光時(shí)再進(jìn)行測量。若云運(yùn)動很快，可縮短AB值之間的測量時(shí)間。光線的需求樣地的大小置于冠層低部的探頭的視角范圍好似一個(gè)倒放的圓錐體，其半徑大約為冠層高度的3倍。當(dāng)冠層高1米時(shí)，探頭任何方向上都應(yīng)至少有3米的可視范圍。如果樣點(diǎn)面積很小，探頭置于中心時(shí)達(dá)不到測量要求面積時(shí)，應(yīng)用90°鏡蓋，在樣點(diǎn)的邊角位置測量，或者從測量值中去除第5個(gè)環(huán)的數(shù)據(jù)來解決這個(gè)問題。在斜坡上測量時(shí)，應(yīng)保持探頭與斜面平行而不是保持水平。測AB值時(shí)，一定要保證以同樣角度同樣方向進(jìn)行測量。斜坡的影響如果一個(gè)視野內(nèi)既有稠密的冠層又有稀疏的冠層，那么最好采用遮蓋帽來減少其同時(shí)出現(xiàn)在同一視野的可能。冠層內(nèi)的空隙

本節(jié)完

§2葉面積測量—LI3000C葉面積儀一測量原理

手工測量法

在方格紙（1mm*1mm）上繪出測量樣品的外輪廓，然后計(jì)算出被覆蓋50%以上的方格的數(shù)目，作為樣品的面積。樣品的寬度通過計(jì)算橫軸被覆蓋的方格數(shù)得到，樣品的長度由縱軸被覆蓋的方格數(shù)得出。LI-3000C便攜式葉面積測量儀使用電子方法模擬傳統(tǒng)的手工測量方法掃描頭使用128個(gè)低頻紅光LED燈，每個(gè)LED燈位于每1mm的正中央，編碼輪拉繩每被拉動1mm，便啟動一次新的掃描，拉繩每移動1mm等于1mm的葉片長度；在每次掃描中每一個(gè)被樣品遮擋50%以上的LED，在總面積中累積1mm2。例如測量一個(gè)20mm×100mm的樣品，共進(jìn)行100次掃描，每一次掃描有20個(gè)LED被遮擋，所以得出總面積為20.000cm2。二、LI-3000葉面積儀的用途測量單葉面積、葉長、葉寬單株植物葉面積（葉片數(shù)較少）小冠層葉面積指數(shù)三、儀器的組成與連接透明傳送裝置四、主機(jī)界面及按鍵功能介紹開機(jī)界面首先顯示軟件版本號，然后顯示當(dāng)前測定狀態(tài)當(dāng)前狀態(tài)顯