LM-W105B波文比系统作为研究能量平衡的关键工具，其在农田生态系统中的应用显得尤为重要。该系统通过高精度测量波文比（B）、感热（H）及潜热（Le）等参数，为我们深入了解农田生态系统的能量流动和物质循环提供了有力支持。
农田生态系统是一个复杂的界面活动带，包括土壤层和作物冠层，它们共同维系着三相物质能量循环转换。在这个系统中，外界的能量主要以净辐射能的形式输入，这些能量被用于农田蒸散、空气热交换、加热土壤以及极少部分储存为光合能。因此，研究净辐射能在系统内部的分配比例及规律对于现代农田生态学、农业气象学和水文学等学科来说具有极其重要的意义。
LM-W105B波文比系统是国产化高精度波文比测量解决方案，为相关研究提供了强大的技术支持。通过该系统，我们可以准确地测量波文比等关键参数，进而分析农田生态系统的能量流动过程。这不仅有助于我们理解农田生态系统的运作机制，还能为农业生产提供科学依据，指导我们更加高效地利用能源，提高农业生产效益。
此外，通过LM-W105B波文比系统的研究，我们还可以进一步探讨农田生态系统的生态平衡问题。一个健康的农田生态系统应该能够维持稳定的能量流动和物质循环，实现生态平衡。通过该系统的研究，我们可以评估不同农业管理措施对农田生态系统能量平衡的影响，从而优化农业管理策略，促进农田生态系统的可持续发展。
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
系统组成：
- 数据采集器；
- 传感器：两个剖面的空气温湿度、净辐射、土壤热通量板。并可根据自己的需要选择其它辅助气象传感器；
- 太阳能板及蓄电池等供电系统；
- 安装支架及附件；
- 可根据需要增加气象传感器，如风速风向，空气温度，湿度，气压，辐射等。
系统特点：
- 易安装、便于维护
- 测量精度高，无须人工参与
- 要素灵活组配
- 数据采集密度可以自行设置
- 状态监控
- 支持交流或太阳能供电方式
- 免维护，适合于野外应用
- 可单站应用也可组网布点，无线数据传输
技术参数：
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数据采集器 |
技术参数 |
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存储空间 |
256M NAND Flash 数据存储空间 |
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内存空间 |
256M DDR3L RAM 频率：400MHz |
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CPU 类型 |
ARM Cortex-A7 |
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通用数字端口 |
2 组 |
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多功能扩展数字端口 |
1 组，支持 LMD 传感器通讯协议 |
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COM 通讯接口 |
1 组 |
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SDI- 12 端口 |
1 组 |
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通信接口 |
USB-C |
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其他功能 |
支持传感器数据屏幕显示控制输出 |
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时钟精度 |
±2 分钟/年 |
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供电电压 |
9~24V DC |
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供电电流 |
12V@60mA 平均 |
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工作温度 |
-40~85℃ |
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工作湿度 |
5%~95% |
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软件 |
中文操作软件 |
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空气温湿度 |
技术参数 |
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温度测量范围 |
-50～90℃ |
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温度测量精度 |
±0.1℃@-40～85℃ |
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湿度测量范围 |
0~100% |
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湿度测量精度 |
±1.5% @5~95%；±2% @＜5%、＞95%； |
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温度输出信号 |
0~2.5V（默认）/0~5V（定制） |
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湿度输出信号 |
0~2.5V（默认）/0~5V（定制） |
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响应时间 |
典型小于5秒 |
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电源 |
5~15VDC 1mA(2.5V输出)，7~15VDC 1mA(5V输出) |
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电缆 |
5米带屏蔽电缆(可定制) |
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四分量净辐射 |
技术参数 |
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波长范围 |
0.3~60微米 |
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测量精度 |
±5% |
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测量范围 |
0~2000 W/m-2 |
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热漂移 |
＜2%（-10~40℃） |
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输入电压范围 |
5~16 V DC（加热器额定电压为12 V DC） |
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非线性 |
＜1.5% |
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电流消耗 |
加热器开启：62 mA; 加热器关闭：1.5 mA |
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响应时间 |
1秒（SDI-12数据传输检测器响应时间为0.5秒） |
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加热器 |
62 V电流消耗，12 V DC时功率为740 mW |
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操作环境 |
-50至80℃; 相对湿度0至100％ |
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外形尺寸 |
116毫米长x 45毫米宽x 66毫米高 |
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重量 |
320克（带安装杆和5米导线） |
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电缆 |
M8连接器（IP67等级）连接到传感器外壳 5米的四导体屏蔽双绞线，包含三苯乙烯橡胶护套 |
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土壤热通量 |
技术参数 |
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灵敏度 |
大约50 µV/ W.m-2 |
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精度 |
±3% |
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电阻 (额定) |
2 W |
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热漂移 |
＜ 2%（-10～40℃） |
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温度范围 |
-40~80℃ |
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热导率 |
0.5 W/m℃ |
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反应时间 |
± 4 分钟 (类似于土壤) |
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测量范围 |
+2000~2000 W.m-2 |
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温度依存度 |
< 0.1%/℃ |
产地：中国
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。
