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一．什么是森林生態系統？
森林在地球上的分布范圍廣闊，生物多樣性豐富，不僅能夠為人類提供大量的林業產品，而且在涵養水源，保持水土，降低風速，穩定流沙，調節氣候以及凈化空氣方面發揮著重要作用。森林生態系統是森林群落與其環境在功能流的作用下形成一定結構、功能和自調控的自然綜合體，是陸地生態系統中面積最多、最重要的自然生態系統。森林生態系統一旦遭受破壞，就會引起一系列環境問題。如水土流失、土壤沙漠化、溫室效應加劇、氣候失調、生物多樣性銳減等，建立和完善森林生態監測系統，有利于及時發現問題并進行處理，保障現有森林資源的可持續發展。 |
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二、森林生態監測現狀 |
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自改革開放以來，隨著我國經濟高速發展和人民群眾物質生活追求不斷提高，森林生態研究越來越受到政府各方面的重視，森林生態環境觀測過程雖然擺脫了古老的觀測手段，但如今森林生態監測大部分觀測設備還主要依賴進口，不但價格昂貴，而且受到產品知識產權的影響，產品售后服務存在相應時間長、維修備件昂貴等問題，同時由于進口產品執行的國外技術標準，缺乏對我國森林生態系統特點考慮，造成實用性、兼容性差等問題，這些問題嚴重的阻礙了我國森林生態監測系統的建設進程。 |
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三、系統設計思路 |
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本方案是依據2011年月發布的中華人民共和國林業行業標準LY/T 1952-2011《標準-森林生態系統長期定位觀測方法》結合華創技術實力研發設計的集現代傳感技術及數字化采集、傳輸、存儲、處理等功能于一體的數字化森林生態監測系統，針對森林生態中的大氣、土壤、水體等體系間的相關因素變化狀態及過程實施系統化在線監測，通過監測數據的變化，直觀的體現森林生態系統的服務功能及價值，本系統充分考慮森林地形復雜、條件相對惡劣、電源供給及數據通訊困難等特點，采用多種通訊和供電模式，滿足野外長期無人值守監測需求，同時系統采用模塊化設計，可根據不同地域的森林生態情況組合成一套具有地域針對性的生態監測系統。 |
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四、系統在設計上遵循以下原則 |
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A、實用性原則
系統選用的主要技術和產品采用具有穩定、實用的特點，并充分滿足應用、技術開發及信息管理的需要；而且以當前需要為出發點，并充分考慮到長遠發展。
B、先進性和成熟性原則
在設計中，我們依據先進性與成熟性并重的原則，考慮到近年來的發展特點，把先進性放在重要位置。
C、安全性和可靠性原則
系統安全可靠運行是整個系統建設的基礎。要確保系統運行的可靠性、數據傳輸的正確性，以及為防止異常情況所必須的保護性設施，保證數據不因意外情況而丟失和損壞，采取多種檢查和處理手段，防止非授權訪問。
D、開放性和標準化原則
嚴格按照國家和國際標準來設計，使本系統建成為一個開放且標準的系統。使本系統與硬件環境、通信環境、軟件環境、操作平臺之間的相互制約和影響減至最小。
E、可擴展性和可升級性原則
系統的結構要具有很好的擴充性，設計中保證系統結構模塊化，軟件功能可以積木式拼裝等。在滿足擴充性和升級性同時必須要以最低成本浪費為前提，并保證擴充及升級要能夠平穩的過渡。
F、可管理性和可維護性原則
整個系統是由多種應用子系統及組成，因此我們在設計應用系統及選擇第三方產品時要充分考慮其具有良好的可管理性和可維護性。
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五、Huatron氣候生態監測系統設計方案 |
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1、森林小氣候觀測 |
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通過對森林生態系統典型區域不同層次風、溫、光、濕、氣壓、降水、土溫等氣象因子進行長期、連續觀測，了解林內氣候因子梯度分布特征及不同森林植被類型的氣候差異，揭示各種類型小氣候的形成過程中的特征及其變化規律，為研究下墊面的小氣候效應及其對森林生態系統的影響提供數據支持。觀測高度視樹林高度和生長情況而定，要保證10年內觀測塔至少高出林冠上方5～10m左右。森林氣象要素梯度觀測一般分冠層上方3m處、冠層中、地面1.5m～2.5m處三個分層。 |
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觀測要素：
風向 冠層上3m和地被層2個高度
溫度、濕度、風速 冠層上3m、冠層中部、距地面1.5m、地被層4個高度
總輻射、凈輻射、光合有效輻射 冠層上3m、冠層中部、距地面1.5m、地被層（4個高度總輻射或光合有效輻射任選一種，在冠層上可加凈輻射
土壤熱通量 地面以下5cm、10cm2個深度）
土壤溫度 地面以下 5cm、10cm、20cm、40cm4個深度
土壤水分 地面以下 5cm、10cm、20cm、40cm 4個深度
降水量 地被層1個高度 |
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推薦站型：CAMS620-GS森林梯度站 |
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| CAMS620-GS森林梯度觀測站主要針對森林生態系統下的氣溫、濕度、風速隨高度變化的規律研究和氣候模型研究，能夠實現監測風冠層上梯度因子、冠層中、下梯度因子，地面氣象要素，輻射收支平衡，土壤溫度梯度等，同時還能輸出重要監測因子蒸散量與凈降水量。 |
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| 推薦站型：MAWS830-FC森林小氣候站 |
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MAWS830-FC森林小氣候站是針對林業生態環境（如森林、濕地、自然保護區等，和林業生產活動環境，如林場、防火、植物生長等環境內的氣候與林木生長之間的關系和林木生長的物候潛力）監測設計的一款小型自動氣象站。觀測的要素有輻射（輻照度、總輻射、反射輻射、凈輻射、光合有效輻射、光照度、光照時間）、熱量（介質溫度、表面溫度和環境平均輻射溫度等）、氣體（二氧化碳和氧氣等的密度、質量、濃度等）、水氣（水氣壓、溫度、露點等）、風（風速、風向）、雨量。測量高度一般在2或6米，根據植被的高度差異而有所不同。根據需要還可增加葉片濕潤度、土壤水分（多層土壤溫度與濕度）、冠層溫度、凈輻射、測徑儀等要素的測量。
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2、通量觀測 |
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通過對森林生態系統植被-大氣界面的CO2及水熱量通量進行長期連續觀測，掌握其動態變化規律，分析森林生態系統碳通量的時空分布特征，探討森林生態系統碳收支和水熱平衡過程及其對環境變化的響應，為深入研究森林生態系統中的碳循環過程及其調控機理提供科學依據。 |
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| 測量要素： 三維超聲風、二氧化碳與水汽含量、空氣溫濕度、氣壓 |
| 推薦站型：GAMS620-EC渦度通量站 |
| CAMS620-EC渦度通量觀測站直接測定觀測區域的三維風、二氧化碳濃度、水汽濃度及濕度溫度，從而獲得各森林生態系統和大氣之間CO2，H2O等物質的傳輸和能量交換相關數據，為土壤、植被、大氣之間的物質、能量交換模型提供一種直接驗證手段，為森林生態氣候變化研究提供有效的通量觀測數據。 | |
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3、輻射平衡觀測 |
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輻射平衡觀測是主要通過長期采集測量太陽輻射以及與之相關聯的微氣象數據，通過監測數據的變化，直觀的反映出太陽輻射收支平衡數據變化，為森林生態環境中的植物的蒸發、蒸騰，水循環研究提供重要的參考依據。 |
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| 監測要素：太陽總輻射、直接輻射、凈短波輻射、凈長波輻射、凈全波輻射、及光合有效輻射、紫外輻射、微氣象。 |
| 推薦站型：GAMS620-SP輻射收支平衡站 |
| CAMS620-SP輻射收支平衡站是華創維想針對農業生態監測需求研發的高精度輻射監測站，監測農業系統關注的太陽輻射收支平衡，包括凈短波輻射平衡、凈長波輻射平衡、凈全波輻射平衡，以及紫外輻射強度、光合有效輻射等監測參數進行實時記錄并存儲。 | |
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4、大氣環境觀測 |
| 大氣環境觀測是針對森林生態系統中的大氣環境敏感因子進行監測，量化輸出大氣成分參數數據、空氣質量相關指數指標，通過監測數據的變化，量化森林生態系統對大氣污染、霧霾等凈化關鍵性指標，為森林生態凈化功能評價指標提供精準的數據支持，同時可根據監測數據發布出環境舒適度、運動適宜度等功能性指數。 |
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| 觀測要素：空氣溫濕度、紫外輻射強度、能見度、分光譜太陽輻射、可吸入顆粒物、噪聲、大氣負氧離子、臭氧變化量、溫室氣體、光合有效。 |
| 推薦站型：MAWS835-AQ空氣指數站 |
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MAWS835-AQ空氣指數站是是華創風云針對森林空氣環境指標數據監測而設計的一款自動氣象站，可對觀測區域內的大氣環境因子：PM2.5、紫外輻射、日照時數、噪聲等敏感因子進行實時監測，根據監測數據發布出舒適度指數、運動適宜指數等大氣環境指數，為環境保護提供科學氣象環保數據和資料。 |
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| 推薦站型：MAWS835-AE大氣成分站 |
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MAWS835大氣成分站是針對生態環境以及氣象水文等領域中的大氣環境監測設計的一款自動氣象站，通過對大氣環境中的敏感因子進行監測，量化輸出大氣成分參數數據、空氣質量相關指數指標，為大氣擴散污染、森林、濕地等生態系統對大氣凈化功能性指標評估研究與分析以及與日常生活相關的空氣質量相關指數發布提供科學的數據依據。 |
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| 推薦站型：ASP31太陽跟蹤輻射儀 |
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ASP31太陽跟蹤輻射儀是一種可以實現對太陽直接輻射實時準確觀測的設備。它通過高精度太陽能跟蹤感應器主動跟蹤和GPS衛星定位輔助跟蹤，對直接輻射數據的監測記錄與分析,ASP31太陽跟蹤輻射儀其特點是：自動控制方位角和天頂角定位，系統自動跟蹤太陽；主動跟蹤精度±0.15°，輔助（GPS）跟蹤精度±0.5°；太陽跟蹤過程中功耗：8W（最大）；跟蹤模式分為主動跟蹤和被動跟蹤，有太陽光時主動跟蹤太陽敏感器，有云時被動跟蹤GPS模式。 |
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5、水環境觀測 |
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通過定量研究林冠截留率、凋落物蓄水能力、土壤的滲透和蓄水能力，對森林生態系統不同層次水量空間分配格局及水量平衡分析，揭示森林生態系統水文要素的時空規律，為研究森林植被變化對水分的分配和徑流的調節提供基礎數據。 |
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| 觀測要素：大氣降水量、降水強度、降水等級、降水速度、降水粒徑大小及其分布譜圖、雪深、凈降水量、地表水位、徑流深度、徑流系數、水質 |
| 推薦站型：MAWS805-SR地表徑流站 |
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MAWS805-SR地表徑流站是華創風云針對地表徑流進行長期連續監測設計的一款自動監測站，主要通過對地表徑流的年平均徑流水位、最高徑流水位、年平均徑流速、平均徑流系數、最大徑流量、以及降水量、動態水質指標等關鍵因素連續在線監測，通過監測數據的變化量化地表徑流調節水量、凈化水質功能指標，為森林生態、水文監測提供科學數據。
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| 推薦站型：MAWS805-SV雪水儲量站 |
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MAWS860-SV雪水儲量站是華創集團專門針對冰雪水存儲量觀測記錄設計的一款連續長期自動記錄設備。觀測的要素主要是雪深、雪溫、雪壓、土壤溫濕度、微氣象。通過對單位面積內的雪水總量以及環境微氣象因子、土壤溫濕度進行實時觀測，通過觀測數據變化輸出雪水融化量。 |
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| 推薦站型：PS32雨滴譜觀測儀 |
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PS32雨滴譜監測儀是一款采用激光遙測技術對降水過程進行分析、記錄的全自動監測設備，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。經過統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雨滴譜監測儀通過一個快速的數字化信號處理器完成數據獲取和存儲，測量的基本參數為降水的粒徑和速度，由此推導出粒徑分布、降水量、消光系數、降水動能和降水類型等數據。 |
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