捕捉溫室氣體排量變化的蛛絲馬跡

Author(s):
Dr. William Kaiser - Department of Electrical Engineering, UCLA
Dr. Philip Rundel - Department of Ecology and Evolutionary Biology, UCLA

Industry:
Biotechnology, Education, Research

Products:
CompactRIO, LabVIEW, Compact FieldPoint Controllers

The Challenge:
使用同一平臺(tái)支持多種環(huán)境參數(shù)的無(wú)線測(cè)量，并達(dá)到機(jī)器人控制、遠(yuǎn)端設(shè)定，與網(wǎng)絡(luò)資料分享的功能。 進(jìn)一步使用該系統(tǒng)了解雨林的微氣候(Microclimate)特性，以及雨林地面與大氣之間的碳通量變化。

The Solution:
通過(guò)NI LabVIEW 軟件與NI CompactRIO 平臺(tái)，我們開(kāi)發(fā)了無(wú)線傳感系統(tǒng)，可搜集多種環(huán)境測(cè)量資料、遠(yuǎn)端設(shè)定功能、便于未來(lái)擴(kuò)充設(shè)備，并讓研究者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)于全世界的進(jìn)行測(cè)量。

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Kaiser 博士與懸掛在空中的可編程分布式“觀測(cè)站”

近年來(lái)，因全球變暖導(dǎo)致自然災(zāi)害頻發(fā)。普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，以二氧化碳為主的溫室氣體排放是引起全球變暖的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

為了研究溫室氣體排放到底對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生多大影響，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的研究人員利用NI PAC 平臺(tái)在哥斯達(dá)黎加的熱帶雨林中部署了傳感器網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)二氧化碳和其他物質(zhì)之間的流通轉(zhuǎn)變，并且利用LabVIEW 的網(wǎng)絡(luò)功能，使世界各地的研究人員可以共享監(jiān)測(cè)結(jié)果，從而為全球變暖問(wèn)題的研究提供了第一手的數(shù)據(jù)資料。

地球表面以熱輻射的形式釋放吸收的太陽(yáng)能，大氣層會(huì)再吸收部分能量并進(jìn)行循環(huán)，從而保持地球溫暖。這個(gè)過(guò)程就是溫室效應(yīng)。近年來(lái)，隨著二氧化碳、甲烷等能夠吸收紅外線輻射的氣體排放量增加，導(dǎo)致全球變暖。為了更好地理解溫室氣體排放對(duì)環(huán)境的影響，UCLA的研究團(tuán)隊(duì)在哥斯達(dá)黎加?xùn)|北部加勒比海沿岸的雨林中開(kāi)展工作，測(cè)量在雨林地面和大氣之間的碳通量（Carbon Flux，即二氧化碳以及其他含碳物質(zhì)的流通交換）變化。熱帶雨林具有天然的生物多樣性，并且較其他陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收更多的二氧化碳，從而影響了本地乃至全球的氣候。但是在雨林中，由于多層次豐富多變的森林結(jié)構(gòu)，碳通量的變化特別復(fù)雜。“缺口理論”是對(duì)碳通量復(fù)雜變化的一種假說(shuō)性解釋。它假設(shè)由樹(shù)木倒落等原因形成了森林樹(shù)冠層中的小缺口，這些小缺口像煙囪一樣將呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳排放到大氣中。但由于在雨林地面以及樹(shù)冠層中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行三維測(cè)量比較困難，二氧化碳的平衡通量很難監(jiān)測(cè)，這一理論一直難以證實(shí)。

叢林中布下“天羅地網(wǎng)”

要研究碳通量的特性，需要對(duì)許多參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，包括溫度、二氧化碳、濕度、精確的三維風(fēng)力、熱通量、太陽(yáng)輻射以及光合有效輻射（PAR）等。為了提高測(cè)量精度，確定不均衡碳通量的影響，研究人員開(kāi)發(fā)了基于NI PAC平臺(tái)的可移動(dòng)無(wú)線自動(dòng)傳感系統(tǒng)，被稱(chēng)為“SensorKit”，能夠測(cè)量在大氣和地面之間的碳元素以及其他物質(zhì)的流通交換。