用途：
LM-W105A波文比观测系统是一个专门用于研究能量平衡，特别是土壤水分蒸发蒸腾损失总量的系统。它能够直接获取波文比（B）、感热（H）及潜热（Le）等关键参数，为农田生态系统的能量平衡研究提供有力的数据支持。
波文比（B）是感热通量与潜热通量之比，是研究全球能量平衡和生态过程的重要参量。在农田生态系统中，波文比的观测有助于理解能量在土壤、作物以及大气之间的分配和转换。
感热（H）是指单位质量空气的可感热量，在绝热运动中，空气的位温是守恒的。在农田生态系统中，感热通量主要反映了空气与土壤、作物之间的热量交换。
潜热（Le）是指物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量，特别是在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时。在农田生态系统中，潜热通量主要代表了水分的蒸发和蒸腾过程所伴随的能量变化。
农田生态系统是一个复杂的系统，处于近地面层，包括土壤层和作物冠层。它是维系于三相（土壤、作物、大气）物质能量循环转换的界面活动带。在这个系统中，从外界获得的能量主要是净辐射能。这些能量主要用于农田蒸散、空气热交换、加热土壤以及极少部分储存为光合能。净辐射能在系统内部各项的分配比例及规律，是现代农田生态学、农业气象学和水文学等学科研究的热点问题。
通过LM-W105A波文比观测系统获取的数据，可以深入研究农田生态系统中能量的分配和转换规律，为优化农田管理、提高作物产量和水分利用效率提供科学依据。此外，这些数据还可以用于评估农田生态系统的健康状况，以及预测和应对气候变化对农田生态系统的影响。
综上所述，LM-W105A波文比观测系统在农田生态系统能量平衡研究中发挥着重要作用，有助于推动农田生态学、农业气象学和水文学等学科的发展，并为农业生产实践提供有力支持。
该系统支持以下数据传输方式：
4G移动/电信/联通网络、WIFI无线网络、北斗卫星短报文、LORA无线传输
技术规格：
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HC2S3空气温湿度传感器 |
图示 |
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空气温度 |
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传感器类型 |
PT100 RTD，IEC 751 1/3 Class B |
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测量范围 |
-40~+60℃ |
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输出信号 |
0~1V |
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精度 |
±0.1℃（+23℃标准配置设置） |
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长期稳定性 |
<0.1℃/年 |
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传感器时间常数 |
≤22秒（聚乙烯过滤膜），≤30秒（特氟龙过滤膜） |
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空气相对湿度 |
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传感器类型 |
ROTRONIC® Hygromer IN-1 |
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测量范围 |
0~100% RH，非冷凝 |
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输出信号 |
0~1V DC |
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长期稳定性 |
<1% RH/年 |
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反应时间 |
典型10秒 |
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精度 |
±0.8% RH（+23℃标准配置设置） |
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传感器时间常数 |
≤22秒（聚乙烯过滤膜），≤30秒（特氟龙过滤膜） |
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其他 |
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工作温度 |
-40~+60℃ |
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存储温度 |
-50~+100℃ |
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直径 |
15毫米 |
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长度 |
85毫米（不含连接部件），183毫米（含连接部件） |
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重量 |
10克 |
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过滤膜 |
标准聚乙烯，可选特氟龙 |
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耗电 |
<4.3 mA @ 5V DC，<2.0 mA @ 12 V DC |
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供电 |
5~24V DC |
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启动时间 |
典型1.5秒 |
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最大启动电流 |
<50 mA用2μs |
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模拟输出 |
漂移在0V：±3 mV（最大） |
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数字输出 |
偏差<±1 mV（0.1℃，0.1% RH） |
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05103风速风向传感器 |
图示 |
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风速 |
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测量范围 |
0~100米/秒 |
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精度 |
±0.3米/秒或读数的1% |
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启动风速 |
1.0米/秒 |
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信号输出 |
磁力感应交流电压，3脉冲/转。1800 rpm（90 Hz）=8.8米/秒 |
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风向 |
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测量范围 |
0~360°（机械），0~355°（电子） |
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精度 |
±3° |
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启动风速 |
1.1米/秒 |
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信号输出 |
相当于导电的塑料电位计的直流电压-电阻：10 KΩ，线性：0.25%，预计寿命：5千万转 |
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其他 |
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供电 |
电位计激发：最大15V DC |
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工作温度 |
-50~+50℃ |
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尺寸 |
高37厘米×长55厘米；螺旋桨：直径18厘米；底座：直径3.4厘米（标准直径2.54厘米立杆） |
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重量 |
1.5公斤 |
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CNR 4四分量净辐射传感器 |
图示 |
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短波辐射传感器 |
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波长范围 |
300~2800nm（50%点） |
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灵敏度 |
10~20 μV/W/m2 |
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阻抗 |
20~200Ω，典型50Ω |
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响应时间 |
<18秒（95%） |
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非线性 |
<1%（0~1000 W/m2辐射度） |
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灵敏度的温度依赖性 |
<4%（-10~+40℃） |
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测量范围 |
0~2000 W/m2 |
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倾斜误差 |
<1% |
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零点误差A |
<15 W/m2（0~200 W/m2/红外净辐射） |
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零点误差B |
<3 W/m2（在5K/h温度变化），<1 W/m2（安装CVF4） |
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视场角 |
上部180°，下部150° |
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方向误差 |
<20 W/m2（角度最大80°和1000 W/m2辐射度） |
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测量范围 |
0~2000 W/m2 |
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非稳定性 |
<1% |
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光谱选择 |
<3%（350~150nm光谱间隔） |
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每日总的不确定性 |
<5%（95%可信度） |
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WMO标准 |
良好等级 |
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ISO标准 |
一等 |
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仪器校准 |
ISO 9847:1992 annex A.3.1 |
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长波辐射传感器 |
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波长范围 |
4500~42000nm（50%点） |
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灵敏度 |
5~15 μV/W/m2 |
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阻抗 |
20~200Ω，典型50Ω |
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响应时间 |
<18秒（95%） |
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非线性 |
<1%（-250~+250 W/m2辐射度） |
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灵敏度的温度依赖性 |
<4%（-10~+40℃） |
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倾斜误差 |
<1% |
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窗口加热偏移 |
<6 W/m2（0~1000 W/m2/太阳辐射度） |
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视场角 |
上部180°，下部150° |
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净辐射测量范围 |
-250~+250 W/m2 |
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非稳定性 |
<1% |
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光谱选择 |
<5%（8000~14000nm光谱范围） |
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每日总的不确定性 |
<10%（95%可信度）室内校准 |
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温度传感器 |
热敏电阻和Pt-100 |
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整体 |
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工作温度 |
-40~+80℃ |
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工作湿度 |
0~100% RH |
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电缆长度 |
标准10米，可选20米和50米 |
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尺寸 |
长度405毫米×高度47~66毫米 |
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重量 |
850克（不含电缆） |
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防护等级 |
IP67 |
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ST-100热敏电阻温度传感器 |
图示 |
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测量范围 |
-50~+70℃ |
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测量精度 |
±0.1℃（0~+70℃），±0.2℃（-25~+0℃），±0.4℃（-50~+-25℃） |
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重复性 |
±0.02℃ |
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反应时间 |
1秒 |
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平衡时间 |
30秒 |
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输入供电 |
2.5V激发 |
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自动加热 |
最大在5℃和连续2.5V供电时0.084℃ |
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传感器尺寸 |
长度7毫米×直径0.6毫米 |
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重量 |
60克（传感器和线） |
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工作环境 |
-80~+70℃，0~100%相对湿度，防水、可连续在户外使用 |
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电缆 |
5米屏蔽双绞线 |
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SM150土壤水分传感器 |
图示 |
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测量范围 |
0~100% vol |
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测量精度 |
±3.0% vol（土壤水分范围在0~70% vol和温度在0~+60℃） |
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盐分误差 |
±5.0% vol（土壤盐分在100~1000 mS/m和温度在0~+60℃） |
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输出信号 |
0~1V差分≈标称0~60% |
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最大电缆长度 |
1米（HH150读数表）、100米（GP1、DL6和DL2e数据采集器） |
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供电 |
5~14V DC，18mA用于1秒 |
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工作温度 |
-20~+60℃ |
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防护等级 |
IP68 |
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样品体积 |
55×70毫米直径 |
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尺寸 |
143×40毫米直径 |
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重量 |
0.1公斤 |
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HFP01SC自校准热通量传感器 |
图示 |
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热通量传感器 |
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测量范围 |
±2000W/m2 |
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额定灵敏度 |
50 μV/Wm2 |
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标称电阻 |
2 Ohm |
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温度范围 |
-30~+70℃ |
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精度 |
±3% |
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尺寸 |
直径80毫米×厚5毫米 |
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重量 |
200克 |
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加热器 |
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额定电阻 |
100 Ohm |
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输入电压 |
9~15 VDC |
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输出电压 |
0~2VDC |
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校准周期 |
在1.5W时±3分钟，一般每3小时或6 小时一次 |
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平均消耗电源功率 |
0.02~0.04W |
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产地：中国/美国
附录：波文比测量原理（由网络资料整理）
波文比测量公式的核心在于通过能量平衡方程和湍流交换理论，建立感热通量（H）与潜热通量（LE）的比值关系。以下是其数学推导、关键参数及实际应用的综合分析：
一、基础公式推导
- 波文比定义
波文比（β）定义为感热通量（H）与潜热通量（LE）的比值：
β= H/LE
该比值反映了地表能量分配中温度与水分交换的主导性。
- 能量平衡方程
地表能量平衡方程为：
Rn=G+H+LE
其中，Rn 为净辐射，G 为土壤热通量。通过波文比可消去H和LE的直接测量需求，转化为梯度参数计算。
- 湍流交换假设
假设感热与潜热的湍流交换系数相等（KH=Kq），结合干湿球常数（γ=CpP/ϵL ≈0.665kPa/℃），推导得：
β=γΔT/Δe
其中，ΔT=T2−T1 为两高度温度差，Δe=e2−e1 为水汽压差。
二、关键参数与测量方法
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参数 |
物理意义 |
测量方法 |
典型仪器与精度 |
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T1,T2 |
垂直方向温度梯度 |
双高度温度传感器，间距0.5-1.5m，铂电阻温度探头 |
精度±0.1℃（@10-30℃） |
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e1,e2 |
水汽压梯度 |
湿度传感器，结合温度数据计算饱和水汽压（Magnus公式） |
精度±0.8%RH（@10-30℃） |
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Rn |
净辐射 |
四分量净辐射传感器，测量短波/长波辐射收支 |
灵敏度520 μV/(W/m²) |
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G |
土壤热通量 |
热通量板，埋深5 cm，热电堆原理 |
灵敏度60×10⁻⁶ V/(W/m²) |
三、计算流程与误差控制
- 数据采集
• 同步测量两高度温湿度、净辐射、土壤热通量，采样频率≥1Hz。
• 采用换位技术（如自动换位系统），消除仪器零点漂移和安装误差。
- 波文比计算
β=γ(T2−T1) /[(e2−e1)+γ(T2−T1)]
通过差值平均法（如两次换位取均值）提升精度。
- 通量计算
感热通量：H=β/(1+β)×(Rn−G)
潜热通量：LE=1/(1+β)×(Rn−G)
需注意极端条件下（如β趋近于0或无穷大）的数值稳定性。
四、假设条件与修正
- 湍流交换系数相等
KH=Kq 的假设在干燥、中性大气中成立，但在湿润或强逆温条件下需引入修正因子（如Chen et al., 1997的β修正模型）。 - 能量平衡闭合误差
实测Rn−G−H−LE闭合差可能达20%-30%，需通过涡度协方差法或参数化方案（如Monin-Obukhov相似理论）校正。
总结
波文比测量公式通过梯度观测与能量平衡的耦合，为地表通量研究提供了经济有效的技术路径。实际应用中需结合传感器精度、环境条件及模型假设进行综合校验，尤其在复杂下垫面（如城市、森林）中需辅以多源数据融合技术。
