捕捉温室气体排量变化的蛛丝马迹

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:
使用同一平台支持多种环境参数的无线测量，并达到机器人控制、远端设定，与网络资料分享的功能。 进一步使用该系统了解雨林的微气候(Microclimate)特性，以及雨林地面与大气之间的碳通量变化。

The Solution:
通过NI LabVIEW 软件与NI CompactRIO 平台，我们开发了无线传感系统，可搜集多种环境测量资料、远端设定功能、便于未来扩充设备，并让研究者通过网络于全世界的进行测量。

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Kaiser 博士与悬挂在空中的可编程分布式“观测站”

近年来，因全球变暖导致自然灾害频发。普遍观点认为，以二氧化碳为主的温室气体排放是引起全球变暖的罪魁祸首。

为了研究温室气体排放到底对环境会产生多大影响，加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员利用NI PAC 平台在哥斯达黎加的热带雨林中部署了传感器网络，监测二氧化碳和其他物质之间的流通转变，并且利用LabVIEW 的网络功能，使世界各地的研究人员可以共享监测结果，从而为全球变暖问题的研究提供了第一手的数据资料。

地球表面以热辐射的形式释放吸收的太阳能，大气层会再吸收部分能量并进行循环，从而保持地球温暖。这个过程就是温室效应。近年来，随着二氧化碳、甲烷等能够吸收红外线辐射的气体排放量增加，导致全球变暖。为了更好地理解温室气体排放对环境的影响，UCLA的研究团队在哥斯达黎加东北部加勒比海沿岸的雨林中开展工作，测量在雨林地面和大气之间的碳通量（Carbon Flux，即二氧化碳以及其他含碳物质的流通交换）变化。热带雨林具有天然的生物多样性，并且较其他陆地生态系统吸收更多的二氧化碳，从而影响了本地乃至全球的气候。但是在雨林中，由于多层次丰富多变的森林结构，碳通量的变化特别复杂。“缺口理论”是对碳通量复杂变化的一种假说性解释。它假设由树木倒落等原因形成了森林树冠层中的小缺口，这些小缺口像烟囱一样将呼吸作用产生的二氧化碳排放到大气中。但由于在雨林地面以及树冠层中的对应点进行三维测量比较困难，二氧化碳的平衡通量很难监测，这一理论一直难以证实。

丛林中布下“天罗地网”

要研究碳通量的特性，需要对许多参数进行测量，包括温度、二氧化碳、湿度、精确的三维风力、热通量、太阳辐射以及光合有效辐射（PAR）等。为了提高测量精度，确定不均衡碳通量的影响，研究人员开发了基于NI PAC平台的可移动无线自动传感系统，被称为“SensorKit”，能够测量在大气和地面之间的碳元素以及其他物质的流通交换。