RPG-MWSC-160微波闪烁仪

时间:2018-09-27 14:41

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。
  
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。
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。
系统参数
      
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 AV-10TH 2
风速 AV-30WS 2
风向 AV-30WD 1
气压 AV-410BP 1
净辐射 AV-71NR 1
土壤热通量 AV-HFT3 2
土壤温度(可选,5、10、15、20、40cm) AV-10T 5
土壤湿度(可选,5、10、15、20、40cm) AV-EC5 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.