附件3：
生态气象监测指标体系
（试行）
草地生态系统
中国气象局
二○○六年三月
前言
人口、资源、环境和灾害等是全人类正在且必须面对的重大课题，因为近百年来全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化。这种变化对世界范围内生态、资源、环境的负面效应日益显现，导致了水资源短缺、海平面上升、冰川退缩、干旱化和荒漠化加剧以及各类极端天气气候事件的频繁发生，已经并将继续对经济社会的可持续发展带来深远的影响。
我国的气象事业发展正在进入一个崭新的时期，气象与经济社会发展的关系日益紧密，已经深入到政治、经济、社会、国家安全、环境、外交和可持续发展的方方面面。中国气象事业发展战略研究成果提出了“公共气象、安全气象、资源气象”的发展理念，中国气象局业务技术体制按照“多轨道、研究型、集约化、开放式”的总体思路，明确了八条业务轨道和四个功能平台的业务布局与分工，其中生态与农业气象为业务轨道之一。
开展生态与农业气象业务，是气象部门“坚持公共气象的发展方向，大力提升气象信息对国家安全的保障能力，大力提升气象资源为可持续发展的支撑能力”的现实需求，是进一步发挥气象专业技术优势，积极拓展气象业务服务领域，改善生态环境，提高资源利用效率的重要基础性工作，是气象部门为实现经济社会全面、协调、可持续发展所做的积极探索和努力。其中，生态气象监测作为一种重要的工作手段，是生态与农业气象业务的核心构成。
为了保证全国气象部门生态气象监测工作的深入开展并进一步实现业务化、规范化和制度化，我们组织编制了该项《生态气象监测指标体系（试行）》。本书依据《地面气象观测规范》、《农业气象观测规范》和《生态气象观测规范（试行）》等，并充分利用卫星遥感监测技术和方法，初步建立了农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等6种生态系统下大气、生物、土壤和水以及相关灾害等监测指标体系。
生态气象监测是一项正在发展中的业务，其指标的建立尚未完全成熟，科学技术和社会经济的飞速发展，也必将对此项业务提出更新更多的需求。因此，随着今后全国气象部门开展生态与农业气象业务的工作实践，本监测指标体系将不断得到检验，预测减灾司也将适时对本体系进行修改完善，并根据发展需要建立其它生态系统的监测指标体系。
中国气象局预测减灾司
二〇〇六年三月
目录
概述 (1)
原则 (2)
草地生态系统监测指标总表 (3)
气象 (4)
大气成分 (6)
生物 (7)
植物要素 (7)
动物要素 (9)
土壤 (10)
灾害 (12)
参考文献 (18)
附加说明 (19)
概述
生态学是研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学，其目的是指导人与自然、资源与环境的协调发展。生态气象是应用气象学、生态学的原理与方法研究天气气候条件与生态系统诸因子间相互关系及其规律的一门科学。
生态气象监测，即通过对生态系统的大气、生物、土壤和水以及相关灾害发生的主要特征量的观测、调查和计算，解读气象条件与各生态因子之间的相互关系和作用机理，科学评价生态系统的动态状况，提供保护、改善和合理利用生态系统的信息，同时为气候系统、气候变化研究和预测提供重要的基础数据。
生态气象监测指标，指的是在生态气象监测过程中选定的能够反映和指示生态系统状况的特征量，由大气、生物、土壤和水以及相关灾害五类特征量组成，包括应用卫星遥感技术和地面观测方法获取的直接观测值或调查值，以及对直接观测值或调查值加工处理后的计算值。
生态气象监测指标体系，是各生态系统生态气象监测指标总集。本指标体系涵盖农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等六种生态系统。其中农田生态系统指标47个，森林生态系统指标43个，草地生态系统指标48个，湿地生态系统指标35个，湖泊生态系统指标35个，荒漠（绿洲）生态系统指标40个，总计248个指标。
应用本指标体系，可以选择单一或多个指标开展定期或不定期的专题服务或评价；可以定期或不定期地在各生态系统中分别进行大气、生物、土壤和水以及相关灾害发生的变化分析或评价；可以在综合分析大气、生物、土壤和水以及相关灾害总体指标的前提下，定期制作各生态系统质量评价。
原则
生态系统是地球上由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。生物群落和（或）生态环境的差别形成不同的生态系统，每个生态系统都有自己的结构以及相应的能量流动和物质循环的方式和途径。因此，各生态系统存有共性，但又有各自的自身特点、面临问题和发展需求。
本监测指标体系在充分分析农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等六种生态系统的共性与各自独特性的基础上，遵循以下原则选择建立指标体系。
（一）代表性原则
生态气象监测指标的选择，能够充分体现各种生态系统，包括农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等的自身特点，以及各种生态系统下信息服务的针对性、独特性。是为代表性原则。
（二）整体性原则
生态气象监测指标的选择，能够涵盖各种生态系统中各类信息服务产品的加工、制作和服务的全过程，包括直接观测指标、调查指标和计算指标。是为整体性原则。
（三）通用性原则
生态气象监测指标的选择，能够整体适用于不同地域范围的同种生态系统，而非部分适用并且不局限于某个特定区域。是为通用性原则。
（四）应用性原则
生态气象监测指标的选择，能够在信息服务中做到获取方便，加工程序简单，产品服务方向明晰，容易付诸实际应用，总之具有可操作性。是为应用性原则。
草地生态系统监测指标总表
气象大气成分
生物
土壤灾害植物要素动物要素
1 ≥0℃活动积温降水pH值指示种群牲畜种类土壤pH值干旱
2 ≥0℃初、终日降尘总量种群密度种群分布土壤盐分含量雪灾（或白灾）
3 ≥3℃初、终日植物丰富度草畜平衡土壤肥力草地鼠害
4 ≥5℃初、终日植被覆盖度载畜量10cm土壤冻结、解冻草地风灾
5 （日、月、年）平均气温叶面积指数动物物候地下水位草原虫灾
6 （日、月、年）
最高气温、最低气温
植被长势土壤水分含量草原火灾
7 气温（年）日较差物候期土壤风蚀、风积草场退化
8 降水量牧草产量地表径流量草地沙化
9 降水距平百分率牧草干物质重量沙丘移动
10 干燥度粗脂肪
11 日照时数粗纤维
12 光合有效辐射
13 积雪
气象
1.≥0℃活动积温
积温指一定时期内日平均温度的总和。积温是植物要求热量的指标，因植物种类、品种和生育期的不同而异；积温也是地区热量资源指标。根据植物的积温要求，对照地区的热量资源，便可评价该地热量条件，为植物的生育期预报和合理利用农牧业气候资源等提供依据。
活动温度则指高于植物生物学下限温度的日平均气温。从每年日平均气温稳定通过0℃这天起，到稳定结束0℃这天止，其间逐日平均气温相加，其和为≥0℃活动积温。
≥0℃活动积温是研究植物生长、发育对热量的要求和评价热量资源的一种指标。植物发育的起始温度（又称生物学零度）不一定和0℃相一致，因植物种类、品种而异，而且同一植物，不同发育期也不相同，多数都在0℃以上，因此≥0℃活动积温是热量资源的基本指标。
A a =ΣT i ( T i ≥0℃)
其中A a为≥0℃活动积温；T i为时段内某日的平均温度。
2.≥0℃初、终日
一年中春季日平均气温稳定通过0℃的日期，称为≥0℃的初日；秋季日平均气温稳定通过0℃的日期，称为≥0℃终日。
0℃初日标志着冰雪开始融化，土壤开始解冻，牧草萌动。
0℃终日标志着土壤开始冻结，牧草进入休眠期。
0℃初、终日的统计方法可采用五日滑动平均法、二倍偏差法和三日连续偏低（或高）法。
3.≥3℃初、终日
一年中春季日平均气温稳定通过3℃的日期，称为≥3℃的初日；秋季日平均气温稳定通过3℃的日期，称为≥3℃终日。
3℃初日标志着多年生牧草返青，牧草开始生长。
3℃终日标志着多年生牧草开始黄枯。3℃初、终日之间的时段为天然牧草生长季（或生长期）。
3℃初、终日统计可采用五日滑动平均法、二倍偏差法和三日连续偏低（或高）法。
4.≥5℃初、终日
一年中春季日平均气温稳定通过5℃的日期，称为≥5℃的初日；秋季日平均气温稳定通过5℃的日期，称为≥5℃终日。
5℃初日标志着多年生牧草开始旺盛生长，进入青草期，牲畜膘情开始恢复。5℃终日标志着大部分多年生牧草种子（果实）成熟。5℃初、终日之间的时段为天然牧草生长旺季。
5.（日、月、年）平均气温
日平均气温是一天中不同时间观测的气温值的平均数。
月平均气温是一月中各日平均气温值的平均数，是将各日的平均气温相加，除以该月的天数而得。
年平均气温是一年中各月平均气温值的平均数，是将12个月的月平均气温累加后除以12而得。
6.（日、月、年）最高气温、最低气温
日最高气温指一天中气温的最大值，日最高气温一般出现在午后两点钟左右；（月、年）极端最高气温指一月中或一年中气温的最大值。
日最低气温指一天中气温的最小值，日最低气温一般出现在清晨日出前后；（月、年）极端最低气温指一月中或一年中气温的最小值。
7.气温（年）日较差
每昼夜最高气温和最低气温之差，称为气温日较差。它的大小反映了气温日变化的程度。
某地月平均气温最高值同月平均气温最低值之差，称为该地的气温年较差。
气温日（年）较差的大小与地理纬度、季节、地表性质、天气状况有关，对植物生长发育、产量形成、产品品质等有很大影响。
气温日较差=日最高气温－日最低气温
气温年较差=月平均最高气温－月平均最低气温 8.降水量
降水量是指某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水，在水平面上积累的深度。以mm 为单位，取一位小数。
降水量反映当地的农牧业气候资源。监测降水量的变化，可研究一定时期降水量大小对植物生长的利弊影响。
通常采用雨量器（雨量计）于每日08、20时分别量取前12小时降水量，或采用自动观测方法。 9.降水距平百分率
指某时段降水量与历年同时段平均降水量差值占历年同时段平均降水量的百分率，降水距平百分率可表示旱涝的程度。
降水距平百分率=（某时段降水量-历年同时段平均降水量）/历年同时段平均降水量×100% 10.干燥度
干燥度指有植被地段的最大可能蒸发量与降水量之比值。这是衡量一个地区气候干湿程度的定量指标，也是衡量植物水分供求程度的水分平衡指标，同时也是各地水分资源的区划指标。
C T K R
=∑
式中，K 为年干燥度；C ΣT 表示蒸发力，其中C 为系数，ΣT 为≥0℃活动积温；R 为≥0℃期间的降水量。当K =1时，表示水分大体收支平衡；当K >1时，水分支大于收；当K <1时，水分收大于支。一般年干燥度0.50～0.99为湿润区；1.00～1.49，为半湿润区；1.5～1.99，为半干旱区；2.00～3.99为干旱区。
11.日照时数
日照是指太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120 W ·m -2的那段时间总和，以h 为单位，取1位小数。日照时数也称实照时数。
日照时间的长短对植物能否正常生长关系很大。一个地方日照时数的多少，如果没有云雾和山脉的影响，太阳可能照射时间就决定于纬度的高低，且随季节的变化而不同。但同纬度地区实际日照时间，由于地形的不同和云量多少而有差异。
观测日照的仪器有暗筒式日照计、聚焦式日照计等。 12.光合有效辐射
植物能正常地生长发育，完成其生理学过程的光谱区，通常称之为辐射的生理有效区。在这个波长范围内，量子的能量能使叶绿素分子处于激发状态，并将自己的能量消耗在形成处于还原形式的有机化合物上，这段光谱称为光合有效辐射，即进行光合作用的那一部分光谱区。
光合有效辐射使用光合有效辐射计直接观测获得。 13.积雪
积雪的初日、终日、深度。 ①地面状况
积雪深度为自积雪表面到地面的垂直深度，以cm 为单位，取整数。积雪深度是表征降雪量和降水强度的指标之一，积雪有利于土壤保墒，但草原积雪过深掩埋牧草，影响家畜采食。
选择一地势平坦，方圆1km2内没有建筑物的区域作为积雪观测地段。在观测地段中确定一中心点，使用GPS定位，编号记录并上报备案。每次观测在中心点附近进行5个重复的积雪深度测定，取其平均值作为积雪深度的观测值。
积雪分布为降雪过程后，某区域内积雪的分布状况，在晴空且地面有大于1cm厚度积雪时进行调查。
在区域内选择适当路线，使用GPS定位，进行积雪分布情况调查，测定积雪深度。
②空间状况
卫星遥感积雪监测主要利用归一化积雪指数（NDSI）、亮温（T11μm）和可见光波段的反射率等多个物理量进行积雪信息的判识提取。
在可见光波段，地表和云、雪的反射率差异较大，云和雪高，地表低，以此作为识别晴空地表和雪面的主要依据；在远红外波段，地表和云、雪的亮温有明显差异，地表最高，雪其次，云尤其是中高云最低，以此作为区分积雪和中高云的主要依据；在近红外波段尤其是1.6μm附近，积雪的反射率低，云尤其低云高，以此作为识别积雪和低云的主要依据。
归一化积雪指数NDSI=(R可见光－R近红外)/(R可见光＋R近红外)
其中R可见光和R近红外分别为可见光通道和近红外通道的反射率。
亮温T b = ε1/4T kin
式中，ε为发射率，T kin为动力学温度。
大气成分
1.降水pH值
pH是评价水质的一个重要参数，是水中氢离子活度倒数的对数值。当温度25℃、pH等于7时，溶液为中性，即氢离子和氢氧根离子的活度相等，相应各自的近似浓度为10-7mo1／L。大气降水中pH值的大小反映了降水的酸碱性。pH值小于7表示呈酸性，pH值大于7表示呈碱性。
酸雨是指pH值低于5.6的降水（湿沉降）。煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素；其次气象条件和地形条件也是影响酸雨形成的重要因素。降水酸度pH＜4.9时，将会对森林、农作物和材料等产生明显损害。
一般采用电位计法进行测定。
通过配制两种pH标准缓冲溶液，在溶液温度为25土0.1℃时，对仪器和电极进行定位与校正。仪器经校正定位后，进行样品测定，直接从仪器上读出样品稳定的pH值。
2.降尘总量
大气降尘是指从大气中靠重力作用自然沉降到地面的颗粒物，其直径一般大于10μm。颗粒物在地面上的自然沉降能力主要决定于自身质量及粒度大小，但其它一些自然因素如地形和气象条件（风、雨、雪、雹、雾等）也起着一定作用。
大气降尘总量观测采用重量法。即大气中的颗粒物自然降落在集尘缸内，经蒸发、干燥、称重，再根据集尘缸口的面积，计算出大气降尘总量值，单位为t / km2·d。
大气降尘总量W=[（W1－W a－W b）/( S×n) ]×104
其中W为降尘总量，t / km2·d；W1为在105℃下，降尘总量加蒸发皿质量，g；W a为在105℃下，烘干的蒸发皿质量，g；W b为在105℃下，2.0ml0.1N硫酸铜溶液蒸发至干后的质量，g；S为集尘缸口面积，cm2；n为采样天数，d。
生物
植物要素
1.指示种群
种群是指生长在同一地域中同种个体组成的复合体。指示种群是指草地植物群落中具有指示意义的牧草种类。
指示种群是某一地域环境条件长期作用的结果，是划分草场类型的主要指标。
指示种群由上级业务部门会同草业科学专家对具体草场的植物群落加以鉴定并确定。
2.种群密度
种群密度是指单位面积内同种牧草的植株数量。能反映不同类型草场植物群落中各种牧草数量的多少和牧草种类的组成状况。
采用实地调查法获取种群密度。即：牧草生长季节，在草地生态监测区域内选取有代表性的1m2样方，清数各种牧草的株丛数。
3.植物丰富度
植物丰富度是指监测区域内植物群落中所出现的牧草种类数量。
植物丰富度是物种多样性的最重要和最基本的指标。
采用样方法获取群落中所出现的草种数量。
4.植被覆盖度
植被覆盖度指植被冠层的垂直投影面积占对应土地面积的百分比。
覆盖度表征牧草生长季不同阶段生长发育的繁茂程度，与环境条件存在密切关系。
①地面测定法
采用目测法估测植物群落的投影面积占监测区域总面积的百分比，按10等分估计。
②卫星遥感法
f =(NDVI－NDVI min)/(NDVI max－NDVI min)
式中，f为覆盖度；NDVI为所求像元的植被指数；NDVI min、NDVI max分别为区域内NDVI的最小、最大值。
5.叶面积指数
单位土地面积上植物绿色面积与土地面积的比值。
动态监测叶面积指数，是研究环境气象因子、土壤因子对植株生长影响的基础。
①利用植物冠层分析仪或叶激光仪直接测定。
②卫星遥感法
LAI={ln [(1-NDVI/A)/B]}/C
式中，A、B、C均为经验系数。A、B通常接近于1。其中，A值是由植物本身的光谱反射确定；B 值与叶倾角、观测角有关；C值取决于叶子对辐射的衰减，这种衰减呈非线性的指数函数变化。
6.植被长势
牧草长势情况是其生长环境中各种因素综合作用的结果，它可以直观地反映环境因子对其生长发育所需条件的满足程度，而且在不同的生长发育时期，环境因子的影响程度有较大差异。
①地面观测法
依据评价标准，在牧草生长季内，于每月末或优势种牧草的各个发育普遍期进行评定，分析环境条件，主要是气象条件对牧草长势的利弊影响。
②卫星遥感法
比值植被指数（RVI）：由于可见光红波段（R）与近红外波段（NIR）对绿色植物的光谱响应十分不同，因此两者简单的数值比——比值植被指数（RVI）能充分表达两反射率之间的差异。比值植被指数可提供植被反射的重要信息，是植被长势、丰度的度量方法之一。比值植被指数与叶面积指数、叶干生物量、叶绿素含量相关性高，被广泛用于估算和监测绿色植物生物量，在植被高密度覆盖情况下，它对植被十分敏感，与生物量的相关性最好，但当植被覆盖度小于50%时，它的分辨能力显著下降。
RVI =DN NIR /DN R
DN NIR和DN R分别为近红外、红波段的计数值（灰度值）
或RVI =ρNIR /ρR
ρNIR和ρR分别是近红外和红波段的反射率
归一化植被指数（NDVI）：针对浓密植被的红光反射很小，其RVI值将无界增长，因此将简单的比值植被指数RVI，经非线性归一化处理得“归一化差值植被指数”，使其比值，限定在[-1，1]范围内。其被定义为近红外波段与可见光红外波段数值之差和这两个波段数值之和的比值。NDVI与叶面积指数、绿色生物量、植被覆盖度、光合作用等植被参数有密切关系，是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子，在植被遥感中，应用最为广泛。
NDVI =(ρNIR－ρR)/(ρNIR＋ρR)
ρNIR和ρR分别是近红外通道和红外通道的反射率。
7.物候期
物候是指受环境（气候、水文、土壤等）影响而出现的以年为准周期的自然现象，如树木花草的发芽、展叶、开花、秋季的叶变色和落叶等。
物候现象同周围环境密切相关，是适应过去一个时期内气候和天气规律的结果，是比较稳定的形态表现。通过长期的物候观测，可以了解牧草生长发育季节变化同气候及其他环境条件的相互关系，作为指导牧事生产的科学依据。
选择优势种牧草野外观测。
8.牧草产量
是指在牧草生长发育的不同阶段，其地上器官能被动物采食利用部分的产量。
牧草产量是衡量草地第一性生产力的重要指标和决定草地承载力的根本基础。
用样方法获取牧草不同生长季的产量。测定代表性样方适当留茬情况下剪下部分的鲜重和风干后干重，由此计算一定区域的牧草产量。
总产量（鲜或干）（kg/hm2）=1m2牧草产量（鲜或干）（g/m2）×10
9.牧草干物质重量
牧草干物质重量是指牧草植株经干燥后的重量。
干物质是牧草光合作用的产物，其重量是表征天然牧草生长状况的基本特征量之一，是确定牲畜存栏数的重要依据。
一般采用自然风干法，其重量称为牧草的风干重（含结合水）；亦可采用烘干法，其重量称为绝干重（不含水分）。
10.粗脂肪
粗脂肪是指饲料、动物组织、动物排泄物中脂溶性物质的总称，这里指牧草中的脂溶性物质。粗脂肪是牧草中主要的一类营养素，是衡量草场草质优劣的主要指标之一。
通过乙醚浸提样品——索氏抽提法获得，所得的浸出物，除真脂肪外，还含有其它溶于乙醚的有机物质，如叶绿素、胡萝卜素、有机酸、树脂、脂溶性维生素等物质，统称粗脂肪或乙醚浸出物。
粗脂肪(％)=[W1 (100－M标)/ W (100－M)]×100
式中，W1为粗脂肪重量，g；W为试样重量，g；M为试样水分百分率，％；M标为试样标准水分、标准杂质之和，％。
11.粗纤维
粗纤维是植物细胞壁的主要组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素及角质等。
粗纤维是牧草中不易或不能被动物消化利用的成分，牧草的粗纤维含量越高，表明草质越低劣。
硫酸－氢氧化钾法测得。
X=（G/m）×100
式中，X为样品中含粗纤维的含量，％；G为残余物的质量（或经高温炉损失的质量），g；m为样品的质量，g。
动物要素
1.牲畜种类
是指经人类驯养培育，具有独特生产性能的动物类别。马、牛、羊、骆驼等不同牲畜就是不同的牲畜种类。
牲畜种类作为草地生态系统组成因素，通过其内部具有的复杂性参与和影响草地生态环境的其他因素。
通过调查统计获取。
2.种群分布
种群分布是指在一定面积的草场内同种家畜个体组合的生存期长短或出现活动的频度。
其生态意义是参与草地生态物质循环，维持能量和生态平衡，影响草地植被类型等。
通过调查统计的方法获取。
3.草畜平衡
草畜平衡是指在一定区域和时间内通过草原和其他途径提供的饲草饲料量与饲养牲畜所需的饲草饲料量保持动态平衡。
草畜平衡的生态意义是对草地生态系统的能量、营养、水分、生物的动态平衡等起着至关重要的作用，是促进草地生态系统良性循环，实现草地资源可持续利用的基础。
草畜平衡的获取方法通过对饲草饲料总贮量和贮草潜能进行测算，包括草原面积、类型、等级与草原退化、沙化面积和程度，再根据牲畜数量调查结果计算分析确定。即：
草原面积（数值）×单位面积产量×综合营养价值等级（数值）﹦牲畜数量×个体营养综合需求量。
4.载畜量
载畜量是指在适当放牧的情况下，每单位面积的草地所能饲养的牲畜头数和承受的放牧时间。
载畜量是表征草地自然生产潜力大小的重要指标之一。利用草地载畜量可为科学合理的利用草地资源，防止过度放牧引起草场退化提供科学依据。
载畜量的测定一般根据草地产草量和牲畜采食量获取。
各类型草地载畜量（只）﹦各类型草地有效面积（hm2）/一个羊单位全年需草地有效面积（hm2）。
其中：
一个羊单位全年需草地有效面积（hm2）﹦绵羊日食量（鲜）×365（d）/产草量（鲜）×利用率（%）
5.动物物候
动物物候指在自然环境中，动物生命活动的季节现象。
获取动物物候，可以进行专题生态分析服务，生态园林建设，以及研究区域及古气候对草地生态系统变化的漫长影响等。
实地观测获得。
土壤
1.土壤pH值
土壤pH值说明土壤的酸碱程度，是土壤形成过程和熟化培肥过程的一个指标。土壤中养分存在的形态和有效性，理化性质、微生物活动以及植物生长发育都对其有很大的影响。一般pH值在5～6.5时呈酸性或强酸性，在7.5～8.5时土壤呈碱性或强碱性。
将钻取的土样取出约30g土样放入50ml烧杯，加入蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，待土粒完全沉淀后用pH计测定其溶液酸碱度作为测定土壤的pH值。
2.土壤盐分含量
土壤中的盐类主要为Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-等组成的各类盐类。土壤含盐量是指干土中所含易溶盐的重量百分数，土壤盐分会对植物造成危害，一是由于总含盐量高使渗透压升高，造成植物根系难以从土壤中吸收水分；二是由于土壤中某些特殊离子浓度过高或由于两种或多种离子不平衡，危害植物生长，具有毒害作用；三是由于土壤交换复合体中Na+含量过高，土壤中胶体易于分散，因而使土壤结构破坏。
全盐量的测定一般采用质量法。首先将土壤中的易溶性盐分提取出来，一般用水来提取，我国常用的土水比为1:5，即1份土5份水；然后将浸出液过滤分离后放置在蒸发皿中，并置于烘箱中烘干（以除去有机质），直至恒重，称量，即可计算土壤含盐量。
3.土壤肥力
①土壤养分含量
土壤中的氮、磷、钾元素含量是土壤肥力的重要指标，这三种元素是植物生长发育必需的营养成分，它们的缺少或不平衡可以导致植物生长不良。
土壤全氮：土壤中的氮分为有机态氮（如蛋白质）和无机态氮（如铵态氮NH4+—N、硝态氮NO3-―N、NO2-—N）。两者总和为全氮。其中有机态氮含量占土壤全氮量的99％左右，无机态氮占1％左右，后者是速效养分。
土壤水解氮：土壤有机氮中的氨基酸、胺类等简单含氮化合物很容易被微生物水解为有效氮。所以在土壤中，凡在短期内可以矿质化的有机氮化物、铵态氮和硝态氮等都是植物容易吸收利用的形态，通称为水解氮。一般土壤中水解氮每百克干土中含2～6mg。
土壤全磷：土壤中的磷分为有机态磷（如核酸类、植素类）和无机态磷（如磷酸钙镁类、磷酸铁铝类）。两者总和称为全磷。其中有机磷占全磷比重的25～50％，红壤有机质很少，有机磷多在全磷的10％以下，而黑土有机质高，有机磷可达全磷的65％以上。
土壤有效磷：土壤全磷中仅有一小部分是离子态磷酸根、易溶的无机磷化合物和吸附态磷，它们可以被植物直接吸收和利用，称为有效磷。
土壤全钾：土壤原生矿物中的钾（如钾长石、白云母）、固定态钾、水溶性钾和交换性钾之和，称为土壤全钾。我国矿质土壤含全钾量少的只有万分之几，多的可高达4～5%左右，而一般则均在2.5％以下。
土壤速效钾：土壤之中的水溶性钾和交换性钾是可以被植物直接吸收利用的，称为速效钾。其中交换性钾约占速效钾的95％左右。
土壤养分含量（氮、磷、钾）采用化学实验法或用土壤养分计测定。
②土壤有机质含量
土壤有机组成指存在于土壤中所含碳的有机物质，它包括土壤中的各种动植物残体、活体、微生物及其分解、合成的产物。是表示土壤肥力和可持续利用的重要指标。
采用重铬酸钾—硫酸溶液法测定。
X＝（V0－V）c2×0.003×1.724×100/m
式中，X为土壤有机质含量，％；V0为空白滴定时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，ml；V为测定试样时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，ml；c2为硫酸亚铁标准溶液的浓度，mol/l；0.003是1/4碳原子的摩尔质量数，g/mol；1.724是由有机碳换算为有机质的系数；m为烘干试样质量，g。
4.10cm土壤冻结、解冻
当土壤温度下降到0℃以下时，土壤水分便开始由液体状态转变为固体状态，并与潮湿的土粒发生凝结，这种现象称为冻结。土壤解冻就是当土壤温度上升到0℃以上时，土壤冻结层的冰晶融化。
10cm土壤冻结、解冻可以改变土壤水分状况和土壤物理特性，对植物的生长发育、地下害虫繁殖都有直接的影响。
通过挖土直接观测，根据土壤坚硬度及有无冰晶来确定土壤冻结和解冻的界限。以cm为单位。
5.地下水位
地下水位是指地下水距地表的深度，其变化直接影响到上层土壤水分，特别是在地下水位较高的情况下，对植物根系分布层的土壤水分影响更大。因此，测定地下水位深度对于分析土壤水分变化十分必要。
选定能代表当地地下水位的、供灌溉或饮水使用的水井进行测定，一般在早上测定。当水井水位因灌溉等原因发生变化时，应在水井水位恢复到正常时进行补测。可用绳、杆、皮尺（绳、皮尺下端应系一重物），或自动仪器进行测量，以m为单位，取一位小数。
6.土壤水分含量
土壤水分是土壤的一个组成部分，对土壤中气体的含量及运动、固体结构和物理性质有一定的影响，制约着土壤中养分的溶解、转移和吸收及土壤微生物的活动，是植物生长需水的主要给源。
①烘干称重法
在烘箱中105土2℃的环境下烘干土壤中的水分，求算土壤失水重量占烘干土重的重量百分数。
W = ( g1－g2 )/( g2－g )×100%
W为土壤重量含水量；g为铝盒重；g1为铝盒加湿土重；g2为铝盒加干土重。
②时域反射仪法
TDR测定土壤水分是通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来确定土壤的介电常数，进而计算出土壤含水量。这一传播时间与土壤的介电常数K a有关，可表示为：
K a =(cΔt/2L)2
式中，c为光速，L为波导长度。
土壤含水量Q与介电常数K a 间的关系可表示为：
Q = -5.3×10-2＋2.92×10-2 K a－5.5×10-4 K a 2＋4.3×10-6 K a 3
7.土壤风蚀、风积
风蚀是指裸露半裸露地表面的疏松土壤、沙砾，在风的作用下，沿着地表向风的下游方向移动的自然现象。风积是指在风的作用下，地表面的疏松土壤、沙砾，从它地移入而堆积的自然现象。
土壤风蚀风积量是表征地表水土流失，土地退化程度的一项重要指标，风蚀风积又是造成沙尘和沙尘暴天气的主要原因之一。
风蚀风积量根据定标刻度尺观测推算获得。以cm为单位。
风蚀厚度=风蚀最低点与零定标刻度的距离－上一次零定标刻度离地面测量的距离
风积厚度=上一次零定标刻度离地面测量的距离－风积最高点到零定标刻度的距离
8.地表径流量
降水或融雪强度一旦超过下渗强度，超过的水量可能暂时留于地表，当地表贮留量达到一定限度时，即向低处流动，成为地表水流而汇入溪流，这一过程称为地表径流，而此过程的水量称为地表径流量。
地表径流量是总径流量的一部分，一般由降水造成并在一定区域内形成的薄薄的水流层。开展对地表径流的观测及深入研究，对研究水分平衡具有重要的实际意义。
地表径流量通过地表径流场进行观测。地表径流场是从周围地区分隔出来的一块土地，上面建设地表径流观测设施，径流场一般用截水沟分成若干小区域，截水沟相互联系并与一集水槽相接。降到地面的降水在降水量大于土壤渗透率及蒸发时，多余的水分会集中到地表面并流到截水沟，最后集中到集水槽中。集水槽中水量与集水面积之比则为地表径流量，地表径流量以mm为单位。
9.沙丘移动
沙丘移动的观测是表征地区荒（沙）漠化演化发展的动态实况信息，可以为有关部门制定有效防御荒（沙）漠化政策及措施提供决策依据。
选择沙丘作为观测对象。以m为单位。
'
CC
式中，CC′为沙丘实际移动距离；OA－OA′为沙丘南北方向移动距离；OB－OB′为沙丘东西方向移动距离。
图3-1 沙丘移动观测示意图
灾害
1.干旱
干旱是一种因长期无降水、少降水或降水异常偏少，而造成空气干燥、土壤缺水的气候现象。
干旱在气象学上有两种含义：一是干旱气候，一是干旱灾害。前者是指最大可能蒸散量比降水量大得多的一种气候现象，通常干旱气候是指用H.L.彭曼公式计算的最大可能蒸散量与年降水量的比值大于或等于3.5的地区。与干旱气候不同，干旱灾害是指某一具体的年、季或月的降水量比多年平均降水量显著偏少而发生的危害，它的发生区遍及全国。在干旱半干旱地区，由于降水量年际变化大，降水显著偏少的年份比较多，干旱灾害的发生频率往往比较高，而湿润气候区则相反。干旱是我国农牧业生产最严重的一种气象灾害。
用于描述气候干旱的指标有很多，诸如降水量、降水距平百分率、Z指数、Palmer指数等。
①降水量（P）和降水量距平百分率(P a)
表3-1根据降水量和降水量距平百分率划分的干旱等级
等级类型降水量距平百分率(P a)[%]
（月尺度）
降水量距平百分率(P a)[%]
（季尺度）
1 无旱-50＜P a-25≤P a
2 轻旱-75＜P a ≤-50 -50≤P a ＜-25
3 中旱-90＜P a≤-75 -75＜P a ≤-50
4 重旱-99＜P a ≤-90 -90＜P a ≤-75
5 特旱 P a ≤-99 P a ≤-90
定义和计算方法见气象部分。干旱等级见表3-1。 ②标准化降水指数（SPI 或Z ）
由于不同时间尺度、不同地区降水量变化幅度很大，直接用降水量在时空尺度上很难相互比较，而且降水分布是一种偏态分布，不是正态分布，所以在许多降水分析中，采用Γ分布概率来描述降水量的变化。标准化降水指标（简称SPI ）就是先求出降水量Γ分布概率，然后再正态标准化而得。其计算步骤为：
a.假设某时段降水量为随机变量x ，则其Γ分布的概率密度函数为：
β
γγβ/1)
(1
)(x e x x f --Γ=
0>x (1)
?∞
--=Γ0
1)(dx
e x x γγ (2)
其中：β>0，γ>0分别为尺度和形状参数，β和γ可用极大似然估计方法求得：
A A 43
/411?++=γ
(3)
γβ
?/?x = ……………………(4) 其中
∑=-
=n
i i x n x A 1
lg 1lg (5)
式中，x i 为降水量资料样本，x 为降水量多年平均值。
确定概率密度函数中的参数后，对于某一年的降水量x 0，可求出随机变量x 小于x 0事件的概率为：
?∞
=<00)()(dx
x f x x P (6)
利用数值积分可以计算用（1）式代入（6）式后的事件概率近似估计值。 b.降水量为0时的事件概率由下式估计：
n m x P /)0(== (7)
式中，m 为降水量为0的样本数，n 为总样本数。
表3-2 根据标准化降水指数SPI 划分的干旱等级
等级 类型 SPI 值 累积频率 1 无旱 -0.5< SPI ＞31% 2 轻旱 -1.0< SPI ≤-0.5 16～31% 3 中旱 -1.5< SPI ≤-1.0 7～16% 4 重旱 -2.0< SPI ≤-1.5 2～7% 5
特旱
SPI ≤-2.0
<2%
c.对Γ分布概率进行正态标准化处理，即将（6）、（7）式求得的概率值代入标准化正态分布函数，即：
?
∞
-=
<0
2
/02
21)(dx
e x x P Z
π
(8)
对（8）式进行近似求解可得： 0.1))(()(1230
12+++++-=t d t d t d c t c t c t S
Z (9)
其中，
2
1ln
P t =，P 为（6）式或（7）式求得的概率，并当P >0.5时，P =1.0-P ，S =1；当P ≤0.5
时，S =-1。
515517.20=c ，802853.01=c ，010328.02=c ，
432788.11=d ，189269.02=d ，001308.03=d 。
由（9）式求得的Z 值也就是此标准化降水指数SPI 。 ③相对湿润度指数(M i )
相对湿润度指数的定义可写成如下形式：
E E P M i -=
式中，P 为某时段的降水量，E 为某时段的可能蒸散量，用Penman-Monteith 或Thornthwaite 方法计算。
表3-3 根据相对湿润度指数M i 划分的干旱等级
等级 类型 相对湿润度指数M i
（月尺度） 相对湿润度指数M i
（季尺度） 1 无旱 -0.50< M i -0.25< M i 2 轻旱 -0.75< M i ≤-0.50 -0.50< M i ≤-0.25 3 中旱 -0.90< M i ≤-0.75 -0.75< M i ≤-0.50 4 重旱 -0.99< M i ≤-0.90 -0.90< M i ≤-0.75 5
特旱
M i ≤-0.99
M i ≤-0.90
④综合干旱指数C i
由于发生干旱的原因是多方面的，影响干旱严重程度的因子很多，所以确定干旱的指标是一个复杂的问题。单一干旱指数无法满足要求。
表3-4 根据综合干旱指数C i 划分的干旱等级
等级 类型 C i 值 干旱影响程度
1 无旱 -0.6< C i 降水正常或较常年偏多，地表湿润，无旱象。
2 轻旱 -1.2< C i ≤-0.6 降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分不足，对植物有轻微影响。 3
中旱
-1.8< C i ≤-1.2
降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分较严重不足，地表植物叶片白天有萎蔫现象，对植物和生态环境造成一定影响。
4
重旱
-2.4< C i ≤-1.8
土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶
片干枯，果实脱落；对植物和生态环境造成较严重影响，工业生产、人畜饮水产生一定影响。
5
特旱
C i ≤-2.4
土壤出现水分长时间持续严重不足，地表植物干枯、死亡；对植物和生态气象干旱综合指数C i 是以标准化降水指数、相对湿润指数和降水量为基础建立的一种综合指数：
9
33Z
M Z C i βγα++=
当C i ﹥0时，P 10 ≥P a ；P 30 ≥1.5×P a ，并P 10 ≥P a /3；或P d ≥P a /2，则C i =C i ；否则C i =0。 当C i ﹤0，并P 10 ≥E 0 时，则C i =0.5×C i ；当P y ﹤200mm ，C i =0。 P a =200mm ，E 0 =E 5，当E 5 ＜5mm 时，则E 0 = 5mm 。
式中，Z 3、Z 9为近30天和90天标准化降水指数SPI ；M 3为近30天相对湿润度指数；E 5为近5天的可能蒸散量。P 10为近10天降水量，P 30为近30天降水量，P d 为近10天一日最大降水量，P y 为常年年降水量；α、γ、β为权重系数，分别取0.4、0.8、0.4。
⑤土壤墒情干旱指数
土壤相对湿度，以重量含水率占田间持水量的百分比表示。
%
100?=c
f w R
式中，w 为土壤重量含水率；f c 为田间持水量。 土壤重量含水率：
%
100?-=d
d
w m m m W
式中，W 为土壤重量含水量，m w 为湿土重量，m d 为干土重量。
表3-5 根据土壤相对湿度划分的干旱等级
等级 类型 20cm 深度土壤相对湿度
对植物影响程度 1 无旱 R ＞60% 地表湿润，无旱象
2 轻旱 60≥ R ＞50% 地表蒸发量较小，近地表空气干燥
3 中旱 50≥ R ＞40% 土壤表面干燥，地表植物叶片白天有萎蔫现象
4 重旱 40≥ R ＞30% 土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶片干枯，果实脱落 5
特旱
R ≤30%
基本无土壤蒸发，地表植物干枯、死亡
⑥帕默尔干旱等级
帕默尔干旱指数计算步骤如下：
a.统计水文帐，由长期气象资料序列计算出月水分平衡各分量的实际值、可能值及平均值，包括蒸散量、潜在蒸散量、径流量、潜在径流量、补水量、潜在补水量、失水量和潜在失水量；
b.计算各气候常数和系数，包括蒸散系数、补水系数、径流系数、失水系数和气候特征值；
c.计算出水分平衡各分量的气候适宜值，包括气候适宜蒸散量、气候适宜补水量、气候适宜径流量、气候适宜失水量和气候适宜降水量；
d.计算水分盈亏值和水分距平指数；
e.建立帕默尔干旱指数计算公式；
f.对权重因子K 进行修正，计算最后的水分距平指数Z ；
g.干期（或湿期）结束的度计算。
表3-6 根据帕默尔指数划分的干旱等级
级别 干旱等级
旱度指数（X ）范围划分
名称 危害程度 1 2 3 4 5
无旱 轻旱 中旱 重旱 特旱
无危害 轻微危害 中等危害 严重危害 特重危害
X ≥-0.99 -1.00≥ X ≥-1.99 -2.00≥ X ≥-2.99 -3.00≥ X ≥-2.99
X ≤-4.00
2.雪灾（或白灾）
冬春牧场降雪过多时，积雪过深掩埋牧草，造成家畜采食困难或根本采不到牧草，因饥饿而消瘦以致死亡的灾害现象。
雪灾的发生不仅受降雪量、积雪深度、密度和时间的影响，而且与草场状况、牧业生产方式（放牧与舍饲）及补饲条件等紧密相关。雪灾对畜牧业生产影响较大。
雪灾采取地面观测、调查方式。在冬春季节，当出现大的降雪过程造成大面积积雪之后，开展雪情和雪灾的观测、调查。详细记载草场积雪深度、积雪范围、掩埋牧草情况、牲畜采食情况和受影响程度等，分析评述雪灾的影响范围和程度。
3.草地鼠害
表3-7 草地鼠危害草地的等级
等级
受 害 征 状
1 轻 草根被挖食,有明显挖出的新土丘、洞口，占地面积<10%
2 中 草根明显被挖食，挖出的新土丘、洞口，占地面积达25%
3 重 草场严重破坏，有新挖出的新土丘、洞口，占地面积达50% 4
很重
草根裸露，植株大量死亡，新土丘、洞口，占地面积>50%
草地鼠害是指草地鼠大量啃食牧草的地上枝叶和地下根茎，推出土堆，造成牧草大面积减产甚至死亡的一种自然灾害。
草地鼠害不仅影响畜草的平衡，而且也是造成草地退化、沙化甚至形成“黑土滩”的主要原因之一。
当鼠害发生时，实地测量鼠土堆面积或进行调查，根据实测值或调查结果计算鼠土堆面积占调查面积的百分比，确定危害等级。
4.草地风灾
在草原上由于刮风造成的一种气象灾害。
草地风灾采取观测调查方式。
表3-8风灾对牧草危害程度评定标准
等级受害症状
1 轻个别植株叶、花序、花蕾、子房、未熟果实受损，植株折断。
2 中部分植株叶、花序、花蕾、子房、未熟果实受损，植株折断。
3 重大部分植株茎杆折断、草倒伏、灌木、半灌木当年生枝条断落。
4 很重大部分植株被吹走，根系暴露，或被沙土掩埋。
当灾害出现后，及时进行观测、调查。详细记载气象灾害发生时的天气气侯情况及牧草受害症状，依据牧草器官及植株受害程度分析评述风灾的影响程度。
5.草原虫灾
草原发生虫灾时，常使牧草产量降低，牧草品质下降。
表3-9虫灾对牧草危害程度评定标准
等级受害症状
1 轻个别植株叶片受害，残缺不全。
2 中部分植株叶片、花、果实、茎受害。
3 重大部分植株叶片、花、果实和茎受害。
4 很重全部植株茎、叶受害。
草原虫灾采取观测调查方式。
当草原发生虫灾时，及时进行观测、调查。详细记载牧草受害症状，依据牧草器官及植株受害程度分析评述虫灾的影响程度。
6.草原火灾
草原火灾是指自然火或人工火，在天然草原或人工草地上燃起，致使大面积草原烧毁的自然灾害。
草原火灾监测对保护、建设和合理利用草原，改善生态环境，维护生物多样性，发展现代畜牧业，促进经济和社会的可持续发展具有重要的意义。
①地面调查法
当火灾发生后，实地测量过火面积或进行调查，根据实测值或调查结果计算出过火面积占该地草地面积的百分比，确定危害等级。见表3-10。
表3-10 草原火灾程度标准
受灾程度受害草原面积S（hm2）
草原火警<100
一般草原火灾100～2000
重大草原火灾2000～8000
特大草原火灾≥8000
②卫星遥感法
主要利用卫星遥感方法，确定火点位置、判断火点性质，计算过火面积，划分火灾程度等。
7.草场退化
草场退化是指由于受气候变化、过度放牧和人类活动的共同影响而导致草地生产力下降、毒害草蔓延、生物多样性遭到破坏的一种草地生态系统逆向演替过程。
草场退化现象已成为制约草场永续利用、畜牧业可持续发展的主要障碍。
通过综合指标法确定草场退化等级。主要包括：牧草覆盖度、草层高度、优势种数量、可食牧草与不可食牧草个体数和产量、指示植物、土壤表层有机质含量等的变化程度。
表3-11草地退化程度的分级与分级指标
项目未退化轻度退化中度退化重度退化
植物群落特征总覆盖度相对百分数的减少率（%）
草层高度相对百分数的降低率（%）
0～10
0～10
11～20
11～20
21～30
21～30
＞30
＞30
群落组成结构优势度牧草综合算术优势度相对百分数的减少率（%）
可食草种个体数相对百分数的减少率（%）
不可食草与毒害草个体数相对百分数的增加率（%）
0～10
0～10
0～10
11～20
11～20
11—20
21—30
21～30
21—30
＞30
＞30
＞30
指示植物草地退化指示植物个体数相对百分数的增加率（%）
草地沙化指示植物个体数相对百分数的增加率（%）
草地盐渍化指示植物个体数相对百分数的增加率（%）
0～10
0～10
0～10
11～20
11～20
11～20
21～30
21～30
21～30
＞30
＞30
＞30
地上部产草量总产草量相对百分数的减少率（%）
可食草产量相对百分数的减少率（%）
不可食草与毒害草产量相对百分数的增加率（%）
0～10
0～10
0～10
11～20
11～20
11～20
21～30
21～30
21～30
＞30
＞30
＞30
土壤养分0～20cm土层有机质含量相对百分数的减少率（%）0～10 11～20 21～30 ＞30
地表特征浮沙堆积面积占草地面积相对百分数的增加率（%）
土壤侵蚀模数相对百分数的增加率（%）
鼠洞面积占草地面积相对百分数的增加率（%）
0～10
0～10
0～10
11～20
11～20
11～20
21～30
21～30
21～30
＞30
＞30
＞30
土壤理化性质0～20cm土层土壤容重相对百分数的增加率（%）0～10 11～20 21～30 ＞30
土壤养分0～20cm土层全氮含量相对百分数的减少率（%）0～10 11～20 21～30 ＞3
8.草地沙化
草地沙化是由于受自然因素和社会因素的共同影响，导致草场极度退化的现象。
草地一旦沙化，便很难治理和恢复，并将带来一系列的生态环境问题，如荒漠化面积增加、沙尘天气增多、局部气候逐渐趋于干旱、牧业经济遭受无可挽回的损失等。
通过区域调查确定草地沙化的等级和沙化草地的面积，分析草地沙化成因，预测沙化演变趋势，估算沙化造成的损失，提出预防和治理沙化的对策措施。
表3-12 草地沙化主要参数指标
沙化程度植被盖度生产力下降
地表状况
沙丘活动程度沙丘形态沙丘密度
严重型<15 >85% 流动沙丘新月>50 强烈发展型15～30 60～85% 半流动蜂窝21～50 正在发展型30～50 35～60% 半固定沙垄蜂窝5～20 潜在型>50 20～35% 固定沙垄<5 未沙化型与草类型有关<20% 无
目录 摘要 (1) 一课程设计任务和功能要求 (1) 二设计应用背景 (1) 三系统分析 (1) 1．总体设计方案 (1) 2. 硬件设计 (2) … 3. 软件设计 (2) 4. 难点分析 (3) 四实施方案 (4) 1. 传感器模块设计 (4) 风速传感器模块 (4) 温度传感器模块 (5) 湿度传感器模块 (7) 2. 优缺点分析及成本 (9) > 五设计总结 (10) 六参考文献 (10) 七成员及分工情况 (10)
摘要 介绍一个小型多功能气象监测系统，该气象监测系统通过各类风速、风向、温度、湿度传感器将检测到的数据自动进行汇总分析并通过LCD显示。 关键词：风速风向传感器；单片机；温湿度传感器 一课程设计任务和功能要求 现通过传感器设计一款既能测量温湿度也可同时测量风速风向的设备，可服务于生产、生活的众多领域。 二设计应用背景 现在社会高度发达，气象状况变化万千，气象监测和灾害预警工程对于保障社会经济发展和人民生产生活有重要意义，气候状况对经济活动的影响也越累越显著，人们需要实时了解当前的气象状况。风速、风向以及温度湿度测量是气象监测的一项重要内容。 该气象监测系统通过各类风速风向温度湿度传感器将检测到的数据自动进行汇总分析，并传输到终端平台。可以达到无人监管，数据自动传输，更加省时省力方便快捷。 三系统分析 1．总体设计方案 小型自动气象站主要由三大功能模块组成，分别为主控模块、信号采集模块、显示模块。小型自动气象站的组成框图如图1所示
图1 小型气象系统框图 2. 硬件设计 小型多功能气象监测系统其工作原理如图2所示，它以C8051F020单片机为 核心，通过风速、温度、湿度传感器将检测到的数据进行汇总分析，单片机驱动LCD 显示屏将风速、温度、湿度显示出来，以便于气象分析人员分析气象数据得出当前的气象特征，进而对气象可能影响到的事物做出规划，起到预防作用，减少不必要的损失。 图2 硬件连接图 3. 软件设计 单片机软件设计程序主要包括里初始化程序；输出实时风力风向、温度湿度 温度传感器 数 据 风速传感器 湿度传感器 单片机 电源电路 按键控制 LCD 显示
区域气象自动监测系统设计及建设 近年来，气象综合观测系统建设快速发展，全国地面气象观测站已全部完成自动气象站的建设，区域自动气象站作为综合观测体系的重要组成部分具有量大面广特点，并且由省级保障部门进行技术指导，市、县两级保障。随着对气象观测数据的精度要求越来越高，根据新一代气象观测网络建设的规划，已建成1657个新型区域自动气象观测站，实现了区域自动气象站全省乡镇全覆盖和618 个山洪地质灾害点气象监测，加上土壤水分观测自动气象站、交通气象自动气象站的建设，共同为气象预报预测、决策气象服务、公共气象服务、气象防灾减灾发挥了极其重要的作用。 区域气象自动监测系统是针对区域范围内，可能会对人的生产生活造成影响的气象要素，进行长时间区域范围内不间断的准确监测而设计开发的一款标准区域气象监测站。主要应用于城市降水网络、山洪预警、森林生态、核电厂环境监测等应用。主要监测要素是雨量、风向、风速、太阳辐射、气压、温度、湿度等气象参数。 一、系统内容 该区域气象监测系统是方大天云设计的支持站点参数、实时数据、历史数据、加密间隔、运行状态等信息的远程维护，极大地方便了用户使用和日常维护工作。此外自动站可实现自动电源管理，数据自动
采集、存储、通讯、分析等功能，能够满足灾害性天气监测、降水过程加密观测及多种形式气象保障和气象服务的需求。 二、系统指标 风速 0～60m/s；精度：3%（0-35m/s）；5%（>35m/s） 风向 0～359.9°；精度：±3° 降水强度 0～200mm/h；精度：5% 降水类型雨/雪 大气压力 300～1200 hPa；精度：±1.5hPa 空气温度 -50～60°C；精度：±0.2°C(-20～+50°C)‘±0.5°C(>-30°C 空气湿度 0～100%RH；精度：±2%RH 通讯接口 RS232/RS485，板载GPRS 供电方式交流220V/太阳能+蓄电池 工作环境温度 -50～+50℃ 工作相对湿度 0～100%RH 防护等级 IP65 可靠性免维护,防盐雾，防尘 功耗 3-30W 三、功能特点 具有极强针对性的区域范围气象监测设备
草原生态系统服务功能价值的探讨 摘要：生态系统是地球上的生命支持系统。但是，由于人们对草原生态系统功能缺乏全面的认识．致使草原生态环境不断恶化．并已威胁到草原生态系统的安全，降低甚至丧失了草原生态系统的部分功能，严重影响了人们的生活和经济的发展。因此，应深刻认识草原生态系统的健康状况及其服务功能，并采取相应的恢复措施，充分发挥其功能．从而实现环境一经济一社会效益的同步增长。 关键词：中国；典型草原：生态系统；服务功能；评价 Exploration on Service Functions of Grassland Ecosystem Li Guoqi (Shandong agricultural university,resources and environment college , environmental science class one of 09 grade) Abstract：The ecological system is the support system of life on earth．However，people do not have comprehensive understanding about the functions of grassland ecosystem．As a result，grassland ecological environment becomes worse，which threatens the safety of grassland ecosystem，reduces or even deprives some functions of grassland ecosystem，and has affected people S life and economic development．Therefore，profound understanding should be given to the health and service functions of grassland ecosystem，and some countermeasures should be implemented to give full play to grassland ecosystem and thus to realize synchronous increase of environment，economy and social benefits． Key words：Chian;typical grassland；ecological system；service functions; asses 前言：草原是我国主要的自然生态系统类型之一。据《中国统计年鉴》(1988)提供资料，我国可利用的草原面积为3.365亿公顷，占世界草原总面积的7.1%左右。目前, 随着草地生态系统退化现象的加剧, 人们对草地生态系统服务功能的研究逐渐增多, 但与森林和湿地生态系统相比, 草地生态系统服务功能研究目前仍然不足。 1 草原生态系统服务功能的定义 草原生态系统的服务功能是指草地生态系统及其生态过程成为人类提供的自然环境条件和效用. 如太阳能的同化、调节气候、涵养水源、对污染物的吸收、贮藏养分等。它能够维持生命物质的生物地化循环及水文循环、维持生物物种与遗传多样性、净化环境、维持大气化学的平衡与稳定，从而为人类的生存与现代文明提供重要作用。 2 草原生态系统服务功能的内容 不同学者对草原生态系统服务功能的研究方法不一，下面以何广礼的研究为例简述草原生态系统服务的功能。 2．1 草原生态系统的环境生产功能及环境生产层 草原生态系统在不作为草原牧业生产或作为草原牧业生产之前，能以其自然景观、人文景观、珍稀动植物、保持水土、绿化美化环境等景观资源和环境效应产生经济价值。草原生态环境的生产开发，其目的是在保护和扩大草原面积的前提下．利用草原巨大的生态环境功能和诸多效应，产生多样化的经济效益。如美国近年来的草坪业销售和经营产值高达74亿美元，且草坪业每年以18％的速度递增，是当今美国十大农业支柱产业之一；我国的草坪业也是草业各分支中发展最快、产业化程度最高的部门；西欧在草原畜牧业达到相当的水平后，目前已将草原生产的重点从提高植物一动物生产，转换到提高环境效应和动物保健；1990年．著名的英国皇家草原研究所更名为国家环境与草原研究所。这些都说明，草原巨大和多样化的环境功能和效应，能够为草原生态多样化的环境产业开发利用提供良好的应用和市场前景。目前，内蒙古各盟市也开发了一大批草原旅游项目．为地方经济的增长和扩大就业及
吉林省环境气象监测预报业务平台系统需求 一、设计原则 （一）先进性 保证整个系统功能和性能的前提下，最大限度地应用国内最新产品和采用成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术。 （二）实用性和完备性 系统应体现实用性，功能齐全完备，能与业务和日常管理紧密结合，能够最大限度地满足实际工作要求。 系统应易于操作、易于更新、易于管理，界面友好，数据组织灵活，能满足各层次用户的使用要求。 （三）标准化和通用性 系统设计应符合软件设计的基本要求，强调标准化、规范化和统一化，保证数据格式的标准化、数据编码的标准化、数据规范的标准化。 （四）安全性 （1）系统运行稳定，计算结果准确；不造成死机、“假死”等状态；具有良好的安全性，保证数据不外泄。 （2）系统可以有效地抵御外部入侵，保护内部的相关的基础数据、业务数据、分析数据。保障系统数据库以及系统本身不被攻击、盗取。 （3）系统具有有效的数据加密机制，保障数据在网络传输时的安全性。防止数据被不良用户盗取或者丢失。 （五）灵活性 系统在设计过程中，要充分考虑到今后系统的变化、服务的扩展和更新等变化因素，在数据库存储、数据库容量、发布终端管理以及系统功能方面都尽量以模块化、组件化的方式进行设计开发，保障系统的灵活度。 （六）可拓展性 随着终端和用户类型以及发布手段的不断增加和完善，预留可满足扩展的接口，便于以后业务拓展的需求。 三、建设内容要求
本系统主要建设内容是建立基于web的吉林省环境气象监测预报业务平台，服务器位于吉林省气象局，相关部门可以授权应用。此外还需建立为对该系统提供支持的数据库。 (一)整体框架 吉林省环境气象监测预报业务平台主要包括环境气象监测、环境气象预报、环境气象服务产品、预报质量检验以及帮助5个主要部分（子系统）。 （二）各子系统功能 1、环境气象监测子系统功能 环境气象监测子系统包括主要污染物实时监测和气象条件实时监测两部分。 （1）主要污染物实时监测 主要开发查询、统计分析和报警功能。查询功能要求在GIS底图上将吉林省现有的污染观测数据实时显示，需要显示的主要有吉林省气象局环境气象监测站点50米高度PM10、,PM2.5实时数据以及环保局目前网上现有的10个站点的6种污染物（PM10、,PM2.5、 SO2 NO2 、CO、O3）1小时、24小时浓度、IAQI以及AQI数据。 当日实时数据要求以曲线形式显示。 任意时段日值（浓度、AQI）查询以曲线图方式显示。 统计功能开发：可选取任意时段日值和小时值进行统计分析，可显示期间平均浓度、最大值、最小值。 报警功能：PM2.5达到或超过150微克/立方米或AQI达到或超过150（中度污染）立即报警。 （2）气象条件实时监测分析 主要开发查询、统计分析和报警功能。 气象条件实时监测主要包含烟、雾、霾、降水的实时监测以及环流形势、水汽、风、逆温、混合层高度、理查逊数、稳定度等气象参数分析实时观测。 烟、雾、霾提取人工站（3小时1次）报文以及WS报进行监测，实时显示当日出现情况（包括出现时间），并可按时间进行3小时间隔或选取任意日进行查询。一旦监测到雾、霾立即报警。 统计功能要求能统计任意时间段（日）烟雾霾出现情况。
网格化的电网气象监测预警系统功能设计与实例研究 摘要：随着电力建设的快速发展，对供电质量可靠性指标的要求日益提高供电 可靠性，保证主网安全运行是电网发展的基本要求随着社会经济的发展，气象灾 害对电力生产的影响越来越明显由于架空输电线路范围广，变电站设备多次暴露 在自然环境中。一旦暴雨、雷电、冰雪等气象灾害来临，电力系统的安全运行将 面临巨大考验。线路跳闸时有发生，严重影响电力系统供电安全生产。 关键词：网格化；电网气象；监测预警；实例 引言 电网气象监测预警的实质是分析气象信息与电网故障的相关性研究是分析不 同数据或特征之间的关系，通过相关性分析找出不同类型数据之间的相关性或非 相关性，进一步分析不同类型数据之间的关系强度。如完全相关和不完全相关， 最后可以建立不同类型数据之间的关系转换模型。 在本课题的研究中，在对网格气象数据和网格设备数据进行相关分析的基础上，建立了网格气象监测预警系统以电网气象数据为基础，分析了各种气象要素 对电网设备的影响，如受大风影响的架空线路、受强降雨影响的车站和房间分析，结合以往电网事故造成的气象条件数据，包括什么样的气象条件造成事故的因素、发生的事故种类、事故的影响等信息，决定未来气象条件下是否存在电网故障的 风险，从而达到电网气象监测和预警的目的。 1电网气象监测预警系统构建方案 （1）系统建设目标 1.获取各种形式的气象源数据，如自动气象站、雷达估测降水量、基于网格 的精确预报等，实现对灾害性天气的精确监测和预报。 2.建立基于gis系统的网格气象平台，显示气象数据、地理数据和网格设备数据，直观显示灾害性天气的影响范围，准确定位灾害性天气影响的网格设备。 3.加强气象资料在每年汛期电网日常工作中的应用，通过系统分析汛期可能 受暴雨天气影响的重点防洪设备，使运行维护人员在重点检查、勘察、抢修中更 有针对性，故障排除和补救。 （2）系统建设原则 系统的规划和建设遵循以下原则：一是加强基础设施建设和实用性建设，坚 持实践第一，具有可扩展性和前瞻性；二是采用气象部门和电力部门的标准和规范，紧密衔接基础业务；三是先进性与适用性的统一；四是加强服务建设，保证 应用效果，加强电网指挥决策服务支持能力。 基于地理关系模型：系统基于完整、系统、准确的地理关系模型，以地理信 息数据为底层基础数据，将各类气象探测数据、预报数据、行政区域、电网基础 设施基础数据附加到地理属性上在基础地理信息数据的基础上，形成完整的地理 信息载体复杂的空间气象信息、属性数据和业务信息通过地图系统以地理的形式 直接显示出来。面向对象和所见即所得的设计和操作方法：系统以面向对象的方 式提供各种操作方法，采用“面向对象的操作方法”和“所见即所得的操作接口”。 充分发挥地理信息系统和可视化技术的特点，以图形和动画的方式面对用户，信 息的表达更加直观高效，摆脱了用户不得不面对的大量枯燥的表格和文本信息， 从中可以进行数据挖掘，实现可视化、直观的显示。 围绕决策服务，不断完善各种气象探测基础设施，不断强化探测时空密度，
1.2 草地生态系统 1.2.1 全球草地生态系统类型及分布 草地生态系统是在一定草地空间范围内共同生存与其中的所有生物(即生物群落)与其周围环境之间不断进行着物质循环、能量流动和信息传递的综合自然整体(周寿荣，1996)，草地生态系统可分为天然草地生态系统，人工系统和复合系统。本文研究目标位自然生态系统，所以涉及到的草地生态系统为天然系统下的草地生态系统。天然草地生态系统，即天然的植物群落，是自然形成的，基本上不加任何投入，受人为干扰因素小。世界上大面积的草地都是天然草地。这种类型的草地大多组成成分复杂，结构多样，内部系统稳定性强，具有很好的抗干扰能力。另有许多天然草地，例如英国的永久性放牧地，并不是顶级植被(davies ，1960)，而是通过野生动物或农业动物的放牧以阻止它们向疏林或森林方向演替。Tansley将他们归为“亚顶级或生物偏途演替顶级植被”。 系统根据草本植被的生态学特征可将全球天然草原生态可分为草原草地生态系统、草甸草地生态系统及稀树草原草地生态系统。(王伯荪，1987) (1) 草原草地生态系统 由喜温、旱生、多年生草本植物为主组成的植物群落，主要是由所在地区的气候因素和历史条件决定的，是一种地带性植被。在组成关系上，多年生禾木科草本或禾草类型的丛生草，以及一部分地衣和地面藻类植物组成的层片有显著的地位，能忍受长期的干旱。而在许多情况下，又具有忍受相当程度的暂时湿润的能力。这种半干旱半湿润气候条件不足以支持森林的发育，从而阻止其向森林或疏林发育，但却足以维持耐旱的多年生草本植物，尤其是禾草类的繁茂生长。 据Lieth(1972)统计，全球温带草原面积约900多万平方公里，除一小部分恳为农田外，大部分地段作为天然放牧场。由于地球上水陆分布的关系，草原多分布在北半球，面积最大的是欧亚大陆草原。在南半球，草原面积不大，只见于南美的阿根廷和非洲东南部山地。草原地区的气候夏季温和，冬季寒冷，春季和晚夏有一明显的干旱期，由于低温少雨，草群较低，地上部分一般不超过1m。典型的草原土壤为栗钙土。草原在地球上的分布是有一定的地带性规律的。一般来说，它处于湿润的森林区与干旱的荒漠区之间。靠近森林一侧，气候半湿润，草群繁茂，种类丰富，有时还出现岛状森林，如欧亚大陆的草甸草原和北美的高原草原；而靠近荒漠一侧，雨量减少，草群低矮稀疏，种类组成简单，并常混生一些旱生小半灌木或木质植物，如北美的矮草草原与欧亚大陆的荒漠草原，两者之间则为辽阔的典型草原。 草原草地生态系统采用生态外貌原则可划分为草甸草原、典型草原(真草原)及荒漠草原，依据气候所决定的群落季节戒律特征或各种气象因素的剧烈季节性变化可将草原分为：温和夏旱气候草原、温和冬旱气候草原、温和高位山地气候草原、干燥亚热带草原。 (2)草甸草地生态系统 草甸植物群落由多年生中生或旱生中生植物所构成，并且常常和地下水相联系(李博，1960)。通常是中生性的地面芽植物占优势，许多植物在雪被覆盖下，至少在整个冬季部分保持绿色。草甸植被处于森林气候的温带或亚极地，无明显的干季。草甸一般不逞地带性分布，是特殊生境的产物，是一种隐域性植被。它广泛分布于欧、亚、美各洲的森林地带。草甸大多是森林破坏后形成的次生植被，而在高纬度或高海拔的草甸可有其原生类型。 依生境或生态原则来划分，草甸草地生态系统可划分为5类：真草甸，或真中生草甸；草原化草甸，或真旱中生草甸；荒原化草甸，或高山寒土中生草甸；水生草甸，或沼泽化草甸；酸中生草甸或泥炭化草甸。依生境分类(即地形学)分类，草甸草地生态系统可分为：大
第二部分 自动气象站监控软件 SAWSS
第1章概述 自动气象站监控软件（SAWSS）是自动气象站采集器与计算机的接口软件。它能实现对采集器的控制；将采集器中的数据实时的调取到计算机中，显示在实时数据监测窗口，写入规定的采集数据文件和实时传输数据文件；对各传感器和采集器的运行状态进行实时监控；与地面气象测报业务软件挂接，可以实现气象台站各项地面气象测报业务的处理；还能与中心站相联实现自动气象站的组网。 SAWSS与自动站采集接口采用ActiveX DLL的方式进行连接，不同型号的自动气象站只要遵循自动气象站数据接口标准，建立相应的动态库，即可实现与本软件的挂接。目前可以挂接的自动气象站包括华创升达高科技发展中心和气象仪器厂的CAWS系列、Vaisala公司的Milos系列、气象仪器厂的DYYZⅡ系列、无线电研究所的ZQZ_CⅡ系列和省气象技术装备中心的ZDZII型。 该软件主要包括数据采集、数据查询、自动站维护、系统参数、工具和帮助等功能。系统参数中的台站参数、地面审核规则库、辐射审核数据、辐射表检定数据、文件传输路径设置和工具中的文件传输、大气浑浊度计算与地面气象测报业务软件中的容相同，故在本手册中不再说明。 在Windows系统的“开始”菜单上选择“程序”→“地面气象测报业务系统软件 2004”→“监控软件”并点击，或者双击桌面上的“自动气象站监控软件”图标，即可运行。软件主窗口如下： 在软件菜单中，可按不同功能需求进行相应菜单的选择，对于常用的菜单项提供了快捷键和工
具条上的快捷按钮方式，即用Ctrl +<某一字符>或鼠标左键点击相应图标，则可进行相应容。 在工具条上，按不同的功能组合将菜单快捷按钮分成了若干块，右端为监控软件有关功能的运行状态，其中“网络主通道”和“网络辅通道”指示灯表示的是自动气象站组网后与中心站的通讯连接状态，红灯表示通道不通，绿灯表示通道为联通；“自动站”指示灯表示的是自动站监控软件与采集器的工作状态，红灯表示监控软件与采集器不能或没有挂接，黄灯表示监控软件与采集器处于通讯状态，绿灯表示监控软件没有对采集器进行操作，监控软件处于空闲状态；“系统”指示灯表示监控软件运行状态，当软件开始运行时若能正确读取台站参数，则在软件运行过程中该指示灯为红、橙闪烁，否则指示灯一直为红色。在窗口底部的状态条，显示有自动站的工作状态以及字母键、数字键、插入键的状态和系统的时间。 软件运行后，根据“系统参数”的“选项”中对“运行设置”的“采集控制”设置情况，判断是否进入自动气象站实时采集，当“数据采集”被选中，若初始化成功，则自动进入数据采集。 自动气象站采集数据文件存放路径为软件安装的下级文件夹 AwsSource，它由“..\SysConfig\”文件夹下的SysPara.ini文件的“AwsFilePath”变量确定。
环境气象监测仪基本原理 农业气象灾害给农业生产造成了严重的影响，也严重威胁这人类赖以生存的粮食、水和生态环境，因此在当前全球气象灾害频繁发生的大背景下，加强和完善农业环境气象监测旧版的尤为重要了。利用托普云农环境气象监测仪开展干旱、洪涝、冷害等灾害的动态监测，可以从宏观和微观角度来全面监测农业气象灾害的发生发展，有助于建立高效、及时、准确的灾害监测预警系统。 环境气象监测仪随着农业的发展和改造升级，现代农业环境气象监测必须摆脱过去那种落后的检测方式和面貌，继而应用科技含量更高，监测精度更准、稳定性更好的环境气象监测仪来加强农业环境气象监测。它可以在野外独立完成对风速、风向、雨量、空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、等农业气象要素参数的全天候现场精确自动监测，并在一定的时间内进行数据更新，在它的帮助之下，农业工作者可以更加轻松的获取实时、历史气象数据，了解气象的变化情况，实现地面观测与气象资料的有机结合，这样更加有利于完善农业环境气象监测，实现农业环境预测预报工作的科学化、规范化和标准化。 托普云农环境气象监测仪在现代农业生产中的应用，不仅提高了农业防灾抗灾的能力，有效保证了各项农业生产的顺利进行，同时也更加有利于维护农业原有的生态环境，为开展科学农业生产作业提供了科学的依据，在环境气象监测仪的帮助下，作物会生长的更好，产量和品质也会更高，符合农民开展农业生产的基本利益，因此受到广大农民朋友和农业科技工作者的一致认可。
一、托普云农环境气象监测仪工作原理： 托普云农环境气象监测仪采用GPRS或GSM传输方式，主要适合于长距离之间数据的收发。GPRS通讯方式是采集点采集数据后，通过GPRS或GSM上传网络，用户可利用任意一台可以上网的电脑登陆并查看数据，农业环境监测站稳定可靠，解决了同行业利用移动无线IP传输通讯经常掉线的麻烦。数据稳定可靠无需担心突然断线，通讯费用按流量计费，适用于数据量大的应用模式。 大气压力、光照度、露点、直接辐射、日照、光合有效辐射、紫外辐射、蒸发、二氧化碳等传感器
目次 前言 (ⅱ) 1 适用范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 总则 (2) 5 野外观测总体技术流程 (2) 6 草地生态系统类型 (2) 7 野外观测样地选择与样方设置 (3) 8 野外观测指标体系 (3) 9 野外观测技术方法 (4) 附录A（规范性附录）草地各类灾害等级表 (7) 附录B（规范性附录）野外观测表 (8)
草地生态系统野外观测技术规范 1适用范围 本标准规定了草地生态系统的类型、样地选择与样方设置、野外观测指标体系、野外观测技术方法等内容和要求。 本标准适用于全国及省级行政区域草地生态系统野外观测，其他自然地理区域可参照本标准执行。 2规范性引用文件 本标准内容引用了下列文件或其中的条款。凡是不注明日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。 GB/T 34814 草地气象监测评价方法 GB/T 50138 水位观测标准 HJ/T 166 土壤环境监测技术规范 HJ 615 土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化-分光光度法 LY/T 1225 森林土壤颗粒组成（机械组成）的测定 NY/T 53 土壤全氮测定法 NY/T 1121.4 土壤检测.第4部分：土壤容量的测定 NY/T 1233 草原资源与生态监测技术规程 SL 276 水文基础设施建设及技术装备标准 3术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 草地生态系统grassland ecosystem 指在中纬度地带大陆性半湿润和半干旱气候条件下，由多年生耐旱、耐低温、以禾草占优势的植物群落的总称，以多年生草本植物为主要生产者的陆地生态系统，本标准中包括草甸、草原、草丛和稀疏草地。 3.2 草甸meadow 指在中度湿润条件下形成的多年生草本植物组成的植被类型。 3.3 草原prairie
环境气象监测系统的功能特点及技术参数 环境气象监测系统也称为小型气象站、小型自动气象站，专业用于采集空气中温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量等气象参数。NL-5G环境气象监测系统实现对设施农业综合生态信息自动监控、对环境进行自动控制和智能化管理。 托普云农环境气象监测系统也称为农林小气候采集系统、农林小气候信息采集系统，专业用于采集空气中温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量等气象参数。 环境气象监测系统/农林小气候采集系统技术参数： 太阳能板：10wp 备用适配器电源：DC9V/1A 整机功率：≤1.5W 存储容量：1M本地+4G（SD卡）： 坐标精度：3位小数，±0.05分（≤50M）：N：0~90 ° E:0~180° 防水等级：IP54 小型气象站/农林小气候采集系统可选配的参数如下： 数字温湿度传感器（含露点和不含露点两种）、数字气压传感器、数字光照强度传感器数字光合有效辐射传感器、数字CO2传感器、数字风向传感器、数字风速传感器、数字雨量传感器、数字地温传感器、数字土壤水份传感器、数字土壤盐分传感器、有效辐射总辐射传感器。 环境气象监测系统/农林小气候采集系统手持机功能：
1、采用不锈钢材料，防水性好。 2、大屏幕点阵式液晶显示，全中文菜单操作。 3、可时设置采样间隔，自动记录数据并存储。 4、内置SD卡，最多可存4000万组数据，即可在主机上查看数据，也可导入计算机进行查看。 5、意外断电后，已保存在SD卡里的数据不丢失。 6、探头具有一致性，最多可接十几种传感器。不同气象参数的传感器接口可以互换，不影响精度。 7、低功耗设计，运行时最低功耗仅300uA 环境气象监测系统上位机软件功能： 1、显示每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值显示查看，放大、缩小功能。 2、具有设置超限区域着色功能，显示更直观，为客户带来更多便捷。 3、可将存储记录的数据以EXCEL格式备份保存，方便以后调用。 4、每种参数的报表、曲线图均可选择时段查询查看，并可通过计算机打印。 5、曲线坐标均可自行设置和移动，分析历史走向更清晰、时间把握更明朗。 6、完全兼容市场上所有的32位Windows系统。
草地生态系统的功能 草地生态系统的能量流动 ?在特定的时间和空间范围内 ?能量在草地生态系统各组分内或各组分间的运动与转移 ?一种连续的动态过程，该过程形成能量流动 能量流动的特点 ?草地生态系统是能量贮存与逸散的系统 ?服从于所有热力学基本定律的系统 ?该系统的能量既不能创造，也不能消灭 ?每一次能量传递都不能百分之百有效地传递下去，能量有损失，并且每一传递阶段都 要增加熵值 ?在每个能量传递阶段，传递到下一营养级的能量减少 ?在每一阶段，通过呼吸作用耗散能量 ?最后生产者固定的所有能量都被耗散在呼吸活动中 ?能量流动是一个单向过程，能流一旦通过有机体，其流动方向就不能逆转，成为单程流?而且能量数量逐级锐减，能流越来越细，直到以废热形式全部散失为止 能量流动的渠道 ?生物之间通过采食与被采食、捕食与被捕食的食物关系，相互间结成一个整体，就像一环扣一环的链条，这叫做食物链 ?食物链上的每一个环节叫做营养级。每一种生物种群都处在一定的营养级上，只有少数种兼两个营养级 ?食物链是生态系统中能量流动的渠道 ?由于各级消费者的情况不同，一般把食物链分为捕食链、寄生链与腐生链 ?弱肉强食，这是动物界普遍存在的以捕食方式形成的食物链，称为捕食链 ?动物以寄生方式形成的食物链，称为寄生链 ?专以动、植物尸体为食物形成的食物链，叫做腐生链或残体食物链 ?另外，还有一个通常易被人们忽视的食物链，即碎屑食物链 ?草地生态系统的动物，有专门吃植物的草食动物，也有专门吃动物的肉食动物，有的既吃植物又吃动物，叫做兼食性动物 ?各种食物链并不是孤立的，往往纵横交织，紧密地联结在一起，形成复杂的多方向的食物网。 ?食物网是生态系统中普遍存在的现象 ?能量流动的通用模式Odum，1988 能量流动的基本类型 ?进入有机体的能量构成总生产，并通过下列几条途径转移 ?呼吸代谢并产生乙醇、乳酸和二氧化碳 ?含氮化合物作为废物被排泄掉 ?有机体可以完成移动负荷的功 ?结合在还原碳中的能量进一步形成各种含能产品，构成净生产 ?当净生产的速率为正时，含能产品的积累速率大于其消耗速率，表现为有机体的生长 ?有机体在净生产中形成的含能产品，可以由下列几种方式消失 ?繁殖后代 ?个体的某些部分可以作为死物质脱落 ?分泌物 ?按照个体的能量消耗和能量同化来表示生物个体的能量关系，即：
一、统设计原则 贯彻公安部关于“预防为主”、“人防与科技防相结合”的安全管理方针。 整个视频监控系统设计先进，配置合理，符合标准化、规范化、现代化的要求。 系统设计和设备选型，充分考虑系统的可靠性、实用性、先进性和经济性。 分布式监控，集中式管理，智能化设置、人性化操作。 系统中局部故障不影响系统全局的正常工作，系统稳定，易维护。 系统具备很强的扩展能力，为以后的系统更新、升级、扩展，预留了很大的空间。 多种网络接入方式，适合各种网络环境，应用领域广泛。https://www.doczj.com/doc/ae16400369.html, 二、用户需求 气象观测场是采集地面气象观测数据的重要场所，保障气象设备的安全，是气象工作的一项重要工作内容。 保护范围为25×25平方米的室外区域，有效覆盖整个站区，非工作检测人员、偷盗等，有告警提示，误抱率极低。 监控系统要求24小时、全天候不间断连续工作。 保证视频随时随地可以打开浏览实时图像，保证视频文件不间断录像。 采用室外型球机，实现动态帧检测报警功能，告警信息通过网络传输到中心服务器处理。告警方式有多种；灯光、声讯、文字、跳出视频画面、启动录像等等，多种方式，保证及时、准确、可靠。且有录像资料壳查询。 为增强报警的准确率，可考虑增加红外对射监控装备。 气象观测场所在的气象台站可提供基于光纤的远程数据通信接口，可用于视频监控系统的数据带宽正常情况下>100Kbps，峰值可用>400Kbps。 系统的管理采用分级权限，不同的人员具有不同的使用权限。 提供多级权限管理，参数调整设定，提供WEB浏览方式，可以提供光纤LAN接口，共有80点，全部为室外动点，室外动点均须为日夜转换型。 系统处于安全监控状态时不要求实时画面传输，视频传输速率只要满足入侵报警需要即可，后台监控录像应以较低带宽方式(<100Kbps)。若由中心站激活某画面进行浏览，应适当提高带宽占用(200-800Kbps)，以提供流畅的视频画面。 中心站应能够提供录像、检索、播放等系统管理方式。 三、方案设计 4.1组网方式 视频采集、编码压缩、网络传输是通过CNVS-101A网络视频服务器完成的。 “前端监控点”摄像机采集的视频信号，经过网络视频服务器进行编码压缩处理后，通过网络传到“监控中心”。 CNVS-101A组成的网络监控系统中，在帧速率可达25帧/秒的条件下，每路视频数据上传占用带宽约300Kbps(MPEG4压缩方式，如果采用H.264压缩方式的设备，带宽占用在150～200Kbps)。 网络视频服务器是标准IP设备。支持各种方式接入网络。支持固定公网IP，也支持DHCP 自动获取IP，也支持PPPoE动态拨号。 充分利用用户本地的网络环境，在网络连通到的场所，都可以随时随地、远程观看控制本系统的每个视频监控点。 4.2前端监测点 组成：摄像机、云台设备、网络视频服务器。 摄像头的视频通视频线接入网络视频服务器；网络视频服务器就近接入生活区的本地网络；视频数据通过网络传输到监控中心，完成统一管理、用户设置、权限分配、图像存储、联动
FAMEMS900机场自动气象观测系统 北京方大天云科技有限公司 2016.8.19
机场自动气象监测系统是针对民航各机场使用气象数据的特点，充分利用现代数据库技术和先进的网络技术实现了对自动气象观测系统(AWOS)原始数据电报的接收、处理、控制和存储，能动态实时地显示AWOS各种气象数据、观测METAR报文，提供AWOS各种传感器的监控，并在设备故障后及时自动报警；同时，利用其存储的数据，回放过去任意时间段各种气象数据的历史曲线，分析对比各种数据曲线。该系统是一款集风向传感器、风速传感器、气压传感器、气温传感器、湿度传感器、雨量传感器、云高仪、大气透射仪或前向散射仪、背景光亮度传器等仪器得综合自动监测应用系统。它为飞机的安全起飞、降落提供精确可靠的气象数据和科学依据。 北京方大天云科技有限公司，位于北京市中关村西区，致力于气象与环境监测领域的国家高新技术企业。追求“生态文明”建设“美好中国”为愿景的一家国家高新技术企业。 公司以在线式监测系统为核心，研发、销售气象与环境传感器、自动气象站、环境监测站等设备，形成了“FAMEMS”、“FANDA”、“SKY”等核心系列品牌的在线实时观测系统产品，并为众多行业退出针对性的解决方案。业务涵盖气象、环保、交通、航空、农业、林业、水文、电力及研究院所等行业。 作为气象与环境监测的行业领先者，方大天云具有深厚的硬件与软件技术示例。企业先后获得“中关村高新技术企业”、“双软企业”、“北京市国家高新技术企业”认证，并拥有多项产品专利与软件资质。 秉承“专业、创新、合作、共赢”的理念，方大天云严格遵循ISO9001质量管理体系，在气象与环境监测领域，为客户提供“一站式”的产品与解决方案服务。 一、系统内容
第19章自动气象观测系统 19.1 概述 自动气象观测系统，从狭义上说是指自动气象站，从广义上说是指自动气象站网。自动气象站是一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。如果需要，可直接或在中心站编发气象报告，也可以按业务需求编制各类气象报表。 自动气象站网由一个中心站和若干自动气象站通过通信电路组成。 自动气象站有不同的分类方法，按提供数据的时效性，通常分成实时自动气象站和非实时自动气象站两类。 实时自动气象站：能按规定的时间实时提供气象观测数据的自动气象站。 非实时自动气象站：只能定时记录和存储观测数据，但不能实时提供气象观测数据的自动气象站。 根据对自动气象站人工干预情况也可将自动气象站分为有人自动站和无人自动站。 19.2 结构及工作原理 19.2.1 体系结构 自动气象站由硬件和系统软件组成，硬件包括传感器、采集器、通讯接口、系统电源、计算机等，系统软件有采集软件和地面测报业务软件。为了实现组网和远程监控，还须配置远程监控软件，将自动气象站与中心站联接形成自动气象观测系统（见图19-1）。 图 19-1 自动气象观测系统框图
现用自动气象站主要采用集散式和总线式两种体系结构。集散式是通过以CPU为核心的采集器集中采集和处理分散配置的各个传感器信号；总线式则是通过总线挂接各种功能模块（板）来采集和处理分散配置的各个传感器信号。 19.2.2 工作原理 随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。 在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上。在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。 通过对自动站运行状态数据的分析，实现自动站的远程监控。 19.2.3 主要功能 ⑴ 自动采集气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发量、日照、辐射、地温等全部或部分气象要素。 ⑵ 按业务需求通过计算机输入人工观测数据。 ⑶ 按照7.5节中海平面气压计算公式自动计算海平面气压；按照附录1湿度参量的计算公式计算水汽压、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量。 ⑷ 编发各类气象报告。 ⑸ 按附录5形成观测数据文件。 ⑹ 编制各类气象报表。 ⑺ 实现通讯组网和运行状态的远程监控。 19.3 硬件 自动气象站有多种类型，其结构基本相同，主要由传感器、采集器、系统电源、通信接口及外围设备（计算机、打印机）等组成。 19.3.1 传感器 能感受被测气象要素的变化并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换器组成。
乌恰县草地资源动态监测 实施方案 为了深入贯彻落实“乌恰县草原生态保护补助奖励机制”中，在全县实施禁牧、草畜平衡工作的需要，切实保护和合理利用草原，促进草原生态的全面恢复，实现草原畜牧业可持续发展。参照农业部行业标准《草原资源与生态监测技术规程》（NY/T1233-2006）、《天然草地合理载畜量计算》（NY/T635-2002）等法规、行业标准及相关政策，结合本县实际，制定本方案。 一、监测目的 利用遥感监测结合地面定位监测手段，根据草原生态状况监测与评价的相关技术标准和方法，开展对禁牧区、草原放牧利用区草地资源进行动态监测，全面、准确掌握草原的植被、生态环境状况的变化情况，及时获取草地动态变化信息，准确预测预报县级或乡（村）级，甚至户级不同季节、不同年份的载畜量，提高草畜平衡测算的科学性和准确性，在全县9个乡镇全面开展草地资源动态监测工作，覆盖全县所有的草地类型和季节放牧场,尽早获取草原植被信息，及时了解草地的动态变化与致成原因，客观评价实施生态奖补机制的生态效益、经济效益和社会效益，为自治州、县开展草原生态保护补助奖励机制绩效考核体系提供重要依据和
技术支撑。为各级政府制定更加完善的宏观政策和科学的管理措施提供基础依据。 二、监测任务 根据农业部监理中心要求，结合草原补奖机制，自治州草原总站给乌恰县共设臵19个监测样地。选择19个代表性强、生态分布区域典型的类型进行全面监测，分布在全县9个乡镇。各县（市）任务分解表如下： 三、监测点布设原则和要求 1、监测点布设原则 （1）资源优势原则：即对在草原畜牧业中有重要价值、面积较大、分布广泛、地带性明显、代表性强、生态区域典型的草原类型进行重点监测。 （2）生态敏感性原则：即对生态系统比较脆弱、敏感，
电子信息学院课程设计 课程名：《信号监测与处理》题目：小型气象监测系统 类别：【设计】 班级：BX1105 学号： 姓名：
1．设计任务和要求 现通过传感器设计一款既能测量温湿度也可同时测量风速风向的设备，可服务于生产、生活的众多领域。2．设计应用背景 现在社会高度发达，气象状况变化万千，气象监测和灾害预警工程对于保障社会经济发展和人民生产生活有重要意义，气候状况对经济活动的影响也越累越显著，人们需要实时了解当前的气象状况。风速、风向以及温度湿度测量是气象监测的一项重要内容。 该气象监测系统通过各类风速风向温度湿度传感器将检测到的数据自动进行汇总分析，并传输到终端平台。可以达到无人监管，数据自动传输，更加省时省力方便快捷。 3．难点分析 难点：1.该系统如果采用有线传输，并且测量较远的气象环境时，会需要较多线缆才能检测到数据。如果采用无线传输则会随着测量距离的原理数据会出现更大误差。 解决方案：1.测量近距离的气象情况，或者通过GPRS对数据进行远距离高精度传输。4．实施方案 4.1原理分析与实施方法 方案一： 风速风向传感器结构图如下图4-1。
图4-1风速风向传感器结构图 风速风向仪原理： 风向、风速仪用于测量瞬时风速风向，具有自动显示功能。主要由支杆，风标，风杯，风速风向感应器组成，风标的指向即为来风方向，根据风杯的转速来计算出风速。内置或外接各种进口原装传感器，采用微功耗单片机对外部数据进行采样，并将采集的数据保存在系统不易失存储器内。风向风速仪由微处理器和高动态特性的测风传感器组成。 风向、风速传感器为机械转动式传感器,感应距地面11m 处的空气流动,对空气流动速度及方向进行检测及光电转换,并进行数字量化、时间平均、存储等处理,再通过系统的通信设备及路由传输至室内气象观测工作站。室内数据处理工作站(DPU) 计算并作出一个2 分钟平均风速风向报告,依据传感器5 秒的风数据,产生阵风和不定风向的报告,并对应于跑道方向及侧垂方向进行矢量风的分解。 风速传感器结构图
附件： 全国地面气象观测自动化改革案 （征求意见稿） 为深入贯彻新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神，贯彻落实中国气象局关于全面实现气象现代化和全面深化气象改革的决策部署，按照2018年全国气象局长会议和《中国气象局关于印发实现地面气象观测自动化工作案的通知》（中气函〔2018〕84号）有关全面深入推进地面气象观测自动化改革的要求，制定本案。 一、改革的必要性 中国气象局党组按照党的十九大所确立的奋斗目标，提出了到2020年基本建成以智慧气象为标志的气象现代化体系，到2035年努力率先全面实现气象现代化。实现观测自动化，推进观测供给侧结构性改革，是建设气象业务现代化体系，全面实现气象现代化的重中之重，也是适应新时代气象工作要求，深化重点领域改革的关键点。地面气象观测是覆盖面最广、需要人力资源最多的一项基础性业务。近年来，随着气象观测现代化建设和改革的不断推进，地面气象观测自动化程度显著提高。然而，对照新时代气象发展的战略目标和实现气象现代化的总体要求，仍然存在以下几个亟待解决的问题：一是部分观测项目与气象业务服务需求结合不紧密，观测效益不高；二是新技术新法在业务中研发和应用程
度不够，观测自动化水平仍有待提高；三是业务布局、业务流程不够集约、高效；四是资源配置不够科学合理等。因此，有必要通过进一步深化改革解决上述问题，推动全面实现地面气象观测自动化。 二、改革目标 2019年1月1日完成全国地面观测站观测自动化整体切换工作，实现业务运行体制机制更加完善、业务运行效率进一步提高、台站岗位设置更加合理、资源配置更加优化。主要实现以下五面的目标： 1.完成观测项目优化调整，形成台站观测项目以中国气象局统一布局为主、省局自定为补充的业务布局，同时实现观测项目与气象业务服务需求紧密结合，促进观测效益的充分发挥。 2.依托技术创新，解决人工观测项目的自动化问题，实现中国气象局统一布局的观测项目自动观测、数据在线质控和实时快速传输。 3.实施业务流程再造，精简业务层级，优化任务分工，实现观测数据采集、传输、质量控制等业务流程扁平、集约、高效。 4.完善适应地面气象观测自动化需求的县级气象机构及岗位的设置，明确职责，实现县级气象机构工作职责进一步优化、管理和业务机构设置更趋完善、岗位和人员配置更加合理。 5.统筹协调和合理配置观测设备、信息网络设备、支撑