升级基础设施：采用开路涡动协方差系统

Campbell Scientific IRGASON 涡动协方差（EC）系统的安装显著提升了 VAS 的科研能力。该系统提供可靠、高质量的通量测量数据，支持卫星验证、葡萄园碳监测及前沿机器学习（ML）研究。

通过野外观测的设计理念及结合精密的传感器，Campbell Scientific 帮助 VAS 从卫星验证站点扩展为先进的碳通量和机器学习（ML）研究中心。目前，VAS 已成为一个(典)范，展示了如何集成地面测量系统增强地球观测（EO）科学 —将实地测量、卫星数据和预测分析整合到一个统一的研究平台。

由瓦伦西亚大学运营的瓦伦西亚锚定站（VAS）是欧洲最重要的地球观测（EO）验证站点之一。该站点位于西班牙瓦伦西亚西北约 80 公里处的拉普拉纳 - 乌蒂埃尔 - 雷奎纳地区，自 2002 年起便支持卫星产品验证活动。

为提升其在农业系统碳通量与水通量测量方面的能力，瓦伦西亚锚定站（VAS）于 2013 年升级了基础设施，安装了 Campbell Scientific 公司的 IRGASON™开路涡动协方差（EC）系统。这一系统的添加实现了对葡萄园生态系统中二氧化碳（CO?）、水汽及地表能量通量的连续、高精度测量。

如今这片 1 平方公里的实验葡萄园配备了*的固定与移动观测系统，为卫星任务及高级建模研究提供了全面的地面真值验证平台。

遇到的挑战

1.     VAS 为多个国际卫星任务提供验证支持，包括：

NASA CERES

EUMETSAT/ESA GERB

ESA/JAXA EarthCARE

ESA SMOS

NASA SMAP

Copernicus Sentinel-3

EUMETSAT MetOp

GNSS 反射计测量任务

为验证这些系统，必须精确测量地表辐射分量、土壤湿度、光合有效辐射吸收分数（FAPAR）、叶面积指数（LAI）、叶片叶绿素与氮含量，以及 CO?和水汽通量。该站点的主要土地覆盖类型为葡萄园（间种杏仁树和橄榄树），需要精确的微气象测量以确保通量数据具有代表性。

2.   关键技术挑战，包括：

确保足够的园区长度与代表性

最小化湍流传感器周围的气流畸变

将涡动协方差（EC）测量与辐射及土壤数据相结合

同时支持运行监测与高级研究

解决方案

VAS 安装了 Campbell Scientific 公司的 IRGASON™开路涡动协方差（EC）系统，用于测量以下参数：CO?通量、水汽通量、感热、潜热（蒸散）及地表能量平衡分量。该系统安装遵循了 Campbell Scientific 公司关于最小化气流畸变的指导方针 —— 通过将湍流传感器朝向主导风向。风玫瑰图分析确认主导风向为西风，因此 EC 系统也相应地进行了调整。这套全面的系统构建了一个完整的葡萄园尺度地表 - 大气交换观测站。

结果

连续涡动协方差（EC）测量结果揭示：

• 随着葡萄冠层的发育，夏季水汽通量增加明显

• 生长旺季 CO?固存量上升

• 详细的周尺度地表能量平衡动态

能量平衡分析显示，辐射输入与湍流通量之间存在强相关性，从而能够充分表征葡萄园的蒸散和碳吸收。

机器学习集成

高质量的涡动协方差（EC）数据集为开创性的机器学习（ML）研究提供了支持：

• 评估了 9 种机器学习模型，用于预测感热、蒸散及 CO?通量

• 辐射分量被确定为最关键的预测变量

• 模型仅使用常规气象输入即可成功模拟 EC 通量

这项工作从葡萄园站点扩展到欧洲尺度的研究，使用了来自 28 个站点的综合碳观测系统（ICOS）的数据，展示了利用混合机器学习与深度学习模型提前一年预测大气 CO?浓度的能力。

产生的效益

• 卫星验证的高精度地面真值：IRGASON 涡动协方差（EC）系统提供连续的研究级通量测量，为多个国际卫星任务的验证提供支持。

• 具有代表性的葡萄园尺度测量：优化的安装高度与主导风方向对齐，确保在 1 平方公里葡萄园区域内通量的可靠代表性。

• 综合能量平衡监测：同步的辐射、土壤和湍流通量测量支持完整的地表能量平衡评估。

• 适用于高级建模的可扩展数据：高频 EC 数据为本地和大陆尺度的机器学习、深度学习及预测应用提供支持。

• 长期研究基础设施：自 2013 年以来，该 EC 系统提供稳定、连续的测量数据，为同行评审研究和国际合作奠定基础。

• 教育与人才培养：该系统为物理和环境科学专业学生提供实践经验，证明高性能研究仪器可在学术培训环境中有效利用。

为什么选择 Campbell Scientific？

Campbell Scientific 仪器具备以下优势：

• 一体式涡动协方差（EC）测量能力

• 经验证的湍流测量准确度

• *的野外耐用性

• 灵活的数据采集系统

• 符合涡动协方差（EC）部署的最佳实践标准