一、综述

众所周知，大多数陆地生物所生长的地面附近的气候不同于气象站观测的气候。但事实经常被忽略，众多生态研究都是使用常规气象站测量的气候数据或从这些测量值插值的数据。然而，生物实际生活的气候差异很大，以致气象数据通常与生态不相关。因而，为了应对气候变化，需要微尺度的微气候观测来揭示物种的生态需求。

标准型 TMS，总长约 30 cm，（插入土壤后）地面部分约 15 cm，在+15、0 和 -8 cm 之处分别内置 Ibutton 温度传感器（型号：DS7505U+)，对应测量空气、地表和土壤温度。这个位置反映了植物的叶子、越冬的芽和根的位置（图 1）。TMS 记录仪的底部是一个探针，采用 TDT 技术（Time Domain Transmission），用于测量土壤体积含水量，插入深度约为 14 厘米。TMS 记录仪测量的微气候变量与生活在地面附近或上层土壤中的所有生物有关。此外，TMS 设备可测量影响许多生态过程的微气候变量，包括那些与水和能量平衡有关的过程。 

二、比对观测和结果

为了说明 TMS 数据记录仪测得的温度与标准气象数据有何不同，我们将 TMS 设备测得的温度与官方水文气象站（以下简称气象站）记录的温度进行了比较。捷克水文气象研究所的气象站（50°0'2''N，14°33'4''W，312m a.s.l.）位于布拉格附近，配有 METEOS 5 自动测量站。TMS 设备在距地面 15 厘米处记录的气温比距地面 2m 的气象站记录的气温变化更大（由于温度是在不同的高度和不同的仪器设置下测量的，因此不能将这种比较视为准确性评估，但是它可以帮助您了解地面附近的微气候与常规气象站的测量结果有何不同）。小时测量值的差异介于 +8.45 和 -6.05°C 之间（图 2a）。从 TMS 记录器获得的气温日均值总体上低于通过气象站测量获得的日均值，但两者之间的差异远小于每小时记录的差异（平均差异为 -0.58°C）。这些差异在冬季更大，范围为 -2.02 至 0.6°C（图 2b）。TMS 记录仪的表面传感器和气象站上的非屏蔽地面传感器记录的温度比较显示出相反的趋势。来自土壤传感器的数据仅略有不同（图 2d）。TMS 记录仪和气象站测量的土壤温度之间的细微差异（另请参见表 1）表明，TMS 和气象站测量之间的差异不是由不同的温度传感器引起的，而是由地面上方的不同位置及不同的屏蔽引起的。 （a）–TMS 气温，气象站的每日（黑线）和每小时（灰线）差异以及日均温（红色虚线，「Meteo」）。
（b，c，d）–各个月份的差异汇总（请注意 y 轴的两个不同比例）。整个测量期间没有 yongjiu 性积雪。

有趣的是，在 TMS 记录仪和气象站的温度和土壤湿度的比对中，地上温度测量值之间的差异在表达为生态学研究中经常使用的合成气候变量（例如极端温度的分位数或累积指数，如生长季天数）时变得更加明显（表 1）。这些结果表明，生活在接近地面的生物所经历的微气候与气象站所测量的微气候完全不同。研究此类生物的研究人员在使用气象站测量的数据时应格外小心，因为影响这些生物的实际气候条件与气象测量存在很大差异，尤其是当表达为对生态重要的极端气候和累积生物气候变量时。
 

表 1 TMS 记录仪和气象站测量的气候变量的比较

三、应用案例

TMS 数据记录仪已经用于在不同气候条件下进行的多项生态研究（图 3）。  TMS 记录仪来监测捷克波西米亚瑞士国家公园地形复杂的砂岩地区的微气候（图 3a）。该区域安装了 400 多个 TMS 设备，沿着从谷底到岩石露头的地形梯度测量了微气候。数年的连续小气候观测表明，在生长季，谷底明显较冷，但没有证实以前假定的冷空气聚集（Wild 等人，2013）。

TMS 记录仪在喜马拉雅山的极端气候条件下监测地球上维管植物生长最快的地点的详细微气候特征（Angel 等人，2016）（图 3c），结果表明对于这些极端条件下的植物生存至关重要的是土壤温度而不是空气温度（Dvorský等，2016; Dolezal 等，2016）。

TMS 记录仪用来监测森林底层微气候（图 3b），以量化树木覆盖对冠层以下气候的影响，可以直接将小气候的变化性和生物多样性联系起来。

友情提醒：有熊出没，请佩戴铠甲！ 

参考文献：

Jan Wild. et al. Climate ecologically relevant scales：A new temperature and soil moisture logger for long-term microclimate measurement. Agricultural and Forest Meteorology 268（2019）40-47

 

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关于 TOMST

TOMST（中文译名：汤姆斯特）除了提供土壤温湿度（大气温度）记录仪 TMS 之外，还提供大气温度记录仪 T1 及树木生长记录仪 Dendrometer，考虑到野外电源供应不便、容易损坏等因素，另辟蹊径，整体设计上功耗极低，体积紧凑，安装方便，避免过多干扰，超长使用寿命（约 10 年），价格也十分亲民。其中 Dendrometer 在森林生态及培育、木材生产、树轮研究等领域上使用起来十分得力，在操作使用上，仅需有限的四个步骤就可以安装完毕。