系統概述
常規梯度觀測系統是渦動協方差系統的重要補充，為渦動協方差系統提供重要的背景資料。
梯度觀測系統包括風溫濕梯度觀測、輻射收支觀測及土壤觀測等。采用慢響應傳感器，可以應用于空氣動力學法、能量平衡、物質平衡等，根據實驗的目的進行具體的組合或數據分析。
梯度觀測,旨在準確認識大氣溫度特征,加強對物質或水分循環的認識。梯度系統可以設置高度不同的氣象觀測塔，通過小氣候自動觀測系統測量多層風、空氣溫濕度、土壤水分、土壤溫度等信息。
梯度監測站可對地面生態環境及多種氣象要素如溫濕度、風速風向、輻射等，進行定時自動采集、計算、處理、顯示、存儲和通訊，提高了觀測效率，有效減輕觀測人員的野外工作。
梯度觀測系統不僅能對能量平衡及物質能量傳輸方面進行研究，而且由于不同下墊面植被對溫度、濕度、風速、輻射、光的分布造成的影響，使得梯度觀測系統對垂直方向的水汽通量、熱通量及痕量元素通量的研究顯得尤為顯著。
系統各層傳感器架設高度的選擇
1、農田或草地下墊面：
以農田或草地下墊面為主的區域，小氣候要素的變化在垂直梯度上遠大于水平梯度，因此在布設時，觀測高度和深度的確定非常關鍵，觀測層次地上從1層、2層到4層，甚至7至8層，觀測高度一般不超過40米，地下3至4層至植物根部。
2、森林下墊面：
由于森林冠層下方有反梯度擴散的情況，樹木的立地條件、冠層結構和冠層高度、郁閉度的大小以及次冠層和灌木或草的覆蓋情況設計上均有不同，通常在冠層下設置1到3層，林冠上方設置2到4層，可能需要幾個數采器共同完成。根據通量網的*和必測常規項目，GM3000系統的梯度觀測需要包括風、溫度、濕度、輻射、CO2濃度以及土壤的溫度、水分等。需要特別注意的是觀測塔的高度需要至少冠層高度的1.5倍。
3、梯度觀測系統組成：
Ø 多層層空氣溫濕度；
Ø 多層溫度傳感器；
Ø 多層風速傳感器和一層風向傳感器；
Ø 一層四分量凈輻射和一層光合有效輻射，安裝在冠層上方1.5～2m處；反射輻射及桿式光量子可選；
Ø 地表溫度和冠層溫度；
Ø 多層土壤溫度；
Ø 多層土壤水分；
Ø 土壤熱通量板；
Ø 土壤熱平衡探頭；
梯度站由CR3000數據采集器和一些傳感器等組成。CR3000數據采集器起數據采集、運算、存貯、控制等功能。HMP155是空氣溫度/相對濕度傳感器，地表的能量主要來自于太陽輻射，因此系統中還有一些輻射傳感器，其中CNR4是凈輻射傳感器，HFP01熱通量板測量土壤儲熱。
風速/風向傳感器選用010C/020C，這兩種傳感器為啟動風速低、精度高，是獲得高質量數據的重要保證。
輻射收支測量系統配置了一個四分量凈輻射表CNR4或采用更高精度的CMP21和CGR4組合高精度凈輻射傳感器，測量研究區的太陽輻射收支及凈輻射能量（包括短波和長波）收支情況。輻射能量與土壤熱通量、開路渦動協方差所測的顯熱/潛熱一起，構成了一個完整的能量平衡系統，能量平衡的閉合程度是檢驗開路渦動協方差觀測數據質量的一個重要參考方面。
地下部分包括土壤溫度/土壤濕度/土壤熱通量觀測等，涵蓋了土壤水分和能量研究。
設備名稱及型號 | 性能參數 | 數量 |
數據采集器（CR1000） | 大掃描速率：100Hz；通道：16個單端，8對差分；脈沖通道：2個；工作溫度： -25~50℃（標準），-55℃~85℃（擴展）；標準內存為4M，可擴展至2G；13位A/D轉換； | 1臺 |
數據采集器 （CR3000） | 大掃描速率：100Hz；通道：14對差分，28個單端；4個24位脈沖，4個電壓激發，3個電流激發；8個數字輸入輸出口；16位A/D轉換；4M內存，可擴展至2G；工作溫度：－25°C～50°C；可擴展到-40°C ~85°C | 1臺 |
數采擴展板（AM16/32B） | 與CR系列數采結合使用，可擴展32個測量通道 |
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便攜式移動存儲（SC115） | 插拔式2G移動存儲模塊 | 1套 |
溫濕度傳感器HMP155A | 工作溫度：-80~60℃ 溫度：量程：-80~60℃； 精度（20℃時）： ±0.17℃（采用電壓信號輸出時）； 0.12℃（采用RS-485信號輸出時） 相對濕度：量程：0~* RH； 精度（15~25℃）：±1%（0~90% RH），±1.7%（90~* RH）； | 多層
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風速傳感器(010C-1) | 測量范圍：0-60m/s；啟動風速：0.22m/s；精度：1％；溫度范圍：-50℃～＋65℃；輸出信號：11V脈沖； | 多層
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風向傳感器 （020C-1） | 測量范圍：電子0～357º；機械式0～360º；啟動風速：0.22m/s；線性：±1/2%全量程；精度：±3º ；阻尼常數：0.25；溫度范圍：-50℃～＋65℃；輸出信號：a. 0～5V或0～2.5V；輸出阻抗：100Ω大； |
單層或兩層 |
紅外表面溫度 （SI-111） | 響應時間：<1s變化到目標溫度 目標溫度輸出信號：60µV/℃傳感器溫度變化 信號輸出：0～2500mV 波長范圍：8～14µm 精度：±0.2℃@ -15℃～+60℃； ±0.5℃@ -55℃～+80℃； 重復精度：±0.1℃@ -15℃～+60℃； ±0.3℃@ -55℃～+80℃； 溫度范圍：-40℃～+70℃（工作溫度） | 地表溫度和冠層溫度 |
雨量桶（TEM525MM） | 精度：±1％（10mm/hr時）；0～±3％（10～20mm/hr時）；0～±5％（20～30mm/hr時）； 傳感器類型：翻斗式/干簧管開關；溫度：0～50℃；分辨率：1斗(0.1mm)；盛水口直徑：24.5cm | 一個或兩個 |
氣壓 （CS106） | 總精度：±[ protected] +20℃ 線性：±0.45mb *穩定性：0.1mb/年 工作溫度：-40℃～+60℃ |
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四風量凈輻射 （CNR4） | 輸出：4個輸出，分別是向上的短波、向下的短波以及向上的長波和向下的長波 輻射表內置的溫度傳感器：10K的熱敏電阻和PT-100 鉑電阻 響應時間：<18s 非線性誤差：1% 溫度依賴靈敏度：<5% 靈敏度：短波 7~20μv/w/m2 長波 5~10 μv/w/m2 工作溫度：-40~80℃ 光譜波長：短波輻射傳感器310~2800nm，長波輻射傳感器4.5~42μm 視角：短波輻射傳感器180º，長波輻射傳感器向下150º，長波輻射傳感器向上180º | 1套 |
光合有效輻射 （PQS1） | 量程：0~10000μmol/m2/s；光譜波長：400~700nm； 靈敏度：4~6μV/μmol/m2/s；反應時間：<0.1秒；量子反應匹配：<10%；方向誤差：<10%；靈敏度溫度依賴性：-0.1%/℃；工作溫度：-30~70℃ | 1個或多個 |
桿式光量子 （LQS70）
| 輸出：響應0.200mV/μmol/m2s1；全日照：400mV（2000μmol/m2s1）；線性范圍：1000mV（5000μmol/m2s1）；靈敏度：5.00μmol/m2s1/mV
| 1個或多個 |
土壤平均溫度探頭（TCAV） | E型熱電偶探頭；測量小面積土壤的垂直、水平兩個方向的平均溫度 2x2 熱電偶配置(共4個接點) ；通常和土壤熱通量板合用
| 1個 |
土壤溫度（109） | 量程：-50~70℃；工作溫度：-50~100℃；可互換性誤差：<±0.2℃； | 多層 |
土壤水分（CS616） | 精度：±2.5% VWC；分辨率：0.1% VWC； 輸出：±0.7V方波（頻率大小取決于含水量）； 供電：5~18VDC；激發電壓：小4VDC，大18VDC； | 多層 |
土壤熱通量板（HFP01） | 傳感器類型：熱電偶；量程：-2000~2000W/m2；標稱電阻：2W；靈敏度：50μV/W/m2 HFP01：傳感器內阻：<0.00625km2/W；精度：-15%~+5%（土壤內）； | 多層 |
數采防護機箱（ENC14/16） | 數采機箱。采用玻璃纖維合成防腐聚酯加工而成。 可以放置數據采集器和一些外部設備，如SC115及大氣壓力傳感器。 |
1套 |
