《农田蒸散发涡度监测技术规范》征求意见稿

农田蒸散发涡度监测技术规范

（征求意见稿）

Specificationsforfarmland

evapotranspirationbyEddyCovariance

中国灌区协会发布

前言

本标准按照GB1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和

起草规则》的规定起草。

请注意本标准某些内容可能涉及专利。本标准的发布单位不承担识别专利的

责任。

本标准由中国灌区协会提供并归口。

本标准起草单位：中国水利水电科学研究院

中国农业大学

中国农业科学院农田灌溉研究所

天津农学院

本标准主要起草人：张宝忠魏征李思恩王景雷周青云宋妮

丁日升韩聪颖赵智王雅琦韩信

1

农田蒸散发涡度监测技术规范

1范围

本标准规定了农田蒸散发涡度监测的布设原则，数据采集及数据质量控制的

方法及要求。

本标准适用于水利行业农田蒸散发监测工作。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其

中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本标准；凡是不注日期的引

用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

GB3095环境空气质量标准

HJ/T166土壤环境监测技术规范

QX30自动气象站场室防雷技术规范

QX/T45地面气象观测规范第1部分总则

QX/T48地面气象观测规范第4部分天气现象观测

QX/T52地面气象观测规范第8部分降水观测

QX/T61地面气象观测规范第17部分自动气象站观测

3术语与定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

涡度相关系统eddycovariancesystem

基于湍流交换的空气动力学原理，通过测定和计算一定高度上湍流运动所产

生物理量（如温度、二氧化碳通量和水汽通量等）的脉动和垂直风速脉动的协方

差求算湍流输送量（湍流通量）的方法。

3.2

蒸散发evapotranspiration

植被及地面整体向大气输送的水汽总通量，是水分平衡的主要分量，包括蒸

2

发和植物蒸腾。

3.3

下垫面underlyingsurface

包围在地球外部的一层气体总称为大气或大气圈。大气圈以地球的水陆表面

为其下界，称为大气层的下垫面。

3.4

通量flux

在流体运动中，单位时间内流经某单位面积的某属性量，是表示某属性量输

送强度的物理量。在大气科学中，包含动量通量、热通量、物质通量和水通量。

4总体原则

4.1涡度相关系统运行管理，应满足实用、可靠、先进、经济、高效原则。

4.2用于水利行业的蒸散发监测仪器，应采用国家认定的仪器质检部门检测

合格的产品。

4.3应定期对涡度相关系统进行测定与校准，以满足监测精度要求。

4.4基本农田蒸散发涡度相关系统监测信息应按本标准要求进行资料整编和

存储，临时蒸散发监测信息和其他气象信息可根据需要整理和保存。

5布设

5.1涡度相关系统架设场选址原则

5.1.1架设场四周应空旷平坦，避免建在陡坡、洼地或邻近有铁路、公路、工

矿、烟囱、高大建筑物的地方，避开地方性雾、烟等大气污染严重的地方。

5.1.2架设场选址应有一定区域代表性。

5.1.3架设场所在位置的下垫面应为同一作物，且播种、栽培、灌溉、施肥等

管理措施以及作物品种和土壤条件均与周边保持一致。

5.2观测塔安装要求

5.2.1观测塔安装的最大高度取决于盛行风向的风浪区长度，风浪区长度与

传感器最大安装高度之比不小于100:1。

5.2.2观测塔塔身应保持铅直，横杆保持水平。

3

5.2.3根据安装高度，应在农田下垫面设置固定塔身的缆绳，且每间隔约10m

高度应设置一层缆绳，缆绳与塔边在同一平面上，且与地面成60度夹角。

5.2.4观测塔塔身和底座应固定。

5.2.5太阳能电池板宜朝南，且与水平面成60度夹角。

5.2.6数据采集箱应架在塔身以北，高度应为1-1.5m。

5.2.7观测塔应有防雷装置。

5.3观测探头安装要求

5.3.1红外二氧化碳水分分析仪和三维超声风速仪应根据下垫面状况确定安

装高度，且伸臂应指向主风向。

5.3.2风向传感器应设置在下垫面（冠层）以上10m高度。

5.3.3辐射传感器应根据下垫面植被状况安装在2-4m高度，辐射计的感应面

应保持水平，并且不应受到任何障碍物的影响。

5.3.4土壤传感器一般安装在观测场的东北角，土壤剖面宜取测坑的西侧壁

或南侧壁。

5.3.5土壤温度和土壤水分传感器宜按照0.05m、0.1m、0.2m、0.4m、0.8m、

1.6m深度布设。

5.3.6土壤热通量板宜布设在0.05m和0.15m深度，土壤测坑在挖掘和填埋

时，为尽可能保持土壤的自然状态，地下土壤应采取分层回填处理。

5.3.7空气温度传感器、空气湿度传感器、风速传感器、风向传感器、四分

量辐射传感器、光合有效辐射传感器、红外表面温度传感器、气压传感器、

三维超声风速仪、二氧化碳水分分析仪的安装误差不宜超过5cm或者5度。

5.3.8土壤热通量板、土壤温度传感器、土壤湿度传感器的安装误差不宜超

过2cm。

6数据采集

6.1采集周期

6.1.1下垫面的属性对通量平均时间步长的选取具有重要影响，10min平均时

间步长可用于日变化的测量，30min平均时间步长可用于通量的长期观测。

6.1.2对于作物冠层高度在等于或1m以下的，平均时间步长不宜小于10min。

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对于1m以上的，平均时间步长不宜大于60min。

6.2采集频率

6.2.1脉动风速、虚温和脉动水汽二氧化碳浓度的高频量采集频率宜为10Hz,

个别可以采用20Hz。

6.2.2考虑采集器和仪器的反映时间，数据存储设备容量，精度等要求，通量

采集频率宜为5-20Hz，其中推荐使用10Hz。

7数据质量控制

7.1数据校正

7.1.1如果标量仪器测量的是某种气体相对于干空气的体积比，空气密度的变

化不会影响通量结果，但如果直接测量的某种气体的密度脉动或平均梯度，则需

要对测定的气体通量进行空气密度影响校正，空气密度变化校正宜采用WPL校

正法。

7.1.2对于实际观测中难以实现观测点的地势平坦、下垫面均一，仪器安装不

垂直于平均风向时，应进行坐标旋转校正。

7.2数据插补

7.2.1当缺失时段不大于2h时，应采用线性插值法。

7.2.2当缺失时段大于2h、不大于1d时，应采用Prestle-Talor系数平均日变

化法进行插补。

7.2.3当缺失时段大于1d时，应建立通量数据与气象数据的关系来进行插补。

7.3数据筛选

7.3.1对雨天或清晨有露水时采集的数据应删除。

7.3.2以下情况的数据应删除。

a)仪器出现诊断错误标识；

b)瞬时值或平均值超过物理上合理范围；

c)方差检验不合格的数据，如果某点偏离平均值≥3.25倍标准差，应将该视

为野点；

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d)30min的数据资料，野点数不应该超过10~100个，否则删除该时次资料。

7.4数据质量评价

数据质量评价使用最普遍应用的标准，根据下垫面湍流特征和风向对数据质

量做评级。

7.4.1无效数据的占比，不宜高于30%。

7.4.2全生育期能量闭合度不宜低于75%。

7.4.3湍流资料质量评价。

a)谱分析检验。

通过分析风速、温度、湿度和二氧化碳的功率谱及协谱来判断涡动相关仪器

对高频湍流的响应情况；

b)湍流平稳性检验。

将观测时段分成若干个子时段，首先计算总体协方差，再分别计算各子段的

协方差及其均值，进而可按公式（1）计算非平稳性指数，如果IST小于30%，

可认为大气湍流处于平稳状态。

IST(CVmCVi)/CVi(1)

式中：

IST——非平稳性指数；

CVm——不同子时段的协方差，m=1，2，3……；

CVi——总体协方差，i为总观测时段。

c)湍流充分性检验。

充分性检验就是测量的垂直风速方差和摩擦速度的比值与根据莫宁-奥布霍

夫相似理论模拟值的符合程度检验，可用总体湍流特征系数表示：

（/uu）(/)

ITCw*modelw*measurement(2)

(w/u*)model

式中：

ITC——总体湍流特征系数；

w——垂直速度的方差；

u——摩擦风速。

*

6

d)湍流资料质量分级

总体数据质量等级可按表1进行对应划分：

表1数据质量等级

湍流平稳性湍流发展性总体质量等级

<30%<30%0

<100%<100%1

>100%>100%2

注：0，高质量数据，可用于基础研究；1，中质量数据，可用于长期观测资料处理；

2，低质量数据，应舍弃。

7

目次

前言

1范围..............................................................................................................................................2

2规范性引用文件..........................................................................................................................2

3总则..............................................................................................................................................3

4术语与定义...................................................................................................错误!未定义书签。

5布设原则......................................................................................................................................3

5.1架设场选址原则.......................................................................................................................3

5.2观测塔安装要求.......................................................................................................................3

5.3观测探头安装要求...................................................................................................................4

6数据采集......................................................................................................................................4

6.1采集周期...................................................................................................................................4

6.2采集频率...................................................................................................................................5

7数据质量控制..............................................................................................................................5

7.1数据校正...................................................................................................................................5

7.2数据插补...................................................................................................................................5

7.3数据筛选...................................................................................................................................5

7.4数据质量评价...........................................................................................................................6

农田蒸散发涡度监测技术规范

1范围

本标准规定了农田蒸散发涡度监测的布设原则，数据采集及数据质量控制的

方法及要求。

本标准适用于水利行业农田蒸散发监测工作。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其

中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本标准；凡是不注日期的引

用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

GB3095环境空气质量标准

HJ/T166土壤环境监测技术规范

QX30自动气象站场室防雷技术规范

QX/T45地面气象观测规范第1部分总则

QX/T48地面气象观测规范第4部分天气现象观测

QX/T52地面气象观测规范第8部分降水观测

QX/T61地面气象观测规范第17部分自动气象站观测

3术语与定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

涡度相关系统eddycovariancesystem

基于湍流交换的空气动力学原理，通过测定和计算一定高度上湍流运动所