近地层组合法确定湍流通量精度的研究

近地层组合法的实质是将廓线法和地面能量平衡方程联立而计算湍流参数和通量的一种方法。本文利用实测的脉动场和平均场的同步梯度资料研究组合法的精确性及其应用价值。     

半干旱区不同下垫面近地层湍流通量特征分析

本文分析了2003～2005年半干旱区退化草地和农田下垫面近地层湍流通量日、季、年的变化特征, 探讨了不同年份的气候背景和下垫面土地覆被对地气交换过程的影响。结果表明: 半干旱区退化草地和农田近地层湍流通量具有明显的日变化、季变化周期; 地气间通量交换年际间的差异主要受当年的气候背景影响, 尤其是降水的影响; 同时还受到下垫面覆被的影响。潜热通量和感热通量的能量分配比率呈反位相变化, 且农田和退化草地的变化趋势相似, 在夏季潜热通量所占比例均超过感热通量; 两种下垫面的波恩比月均值变化趋势十分相似, 量级接近, 夏季低, 春、秋季高; 夏季退化草地和农田下垫面波恩比均小于或等于1。     

城市近地层湍流通量及CO2通量变化特征

利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。     

稻麦轮作农田近地层湍流通量计算方案对比研究

稻麦轮作农田是我国典型农田类型,其模拟效果对我国农田气候模拟具有重要参考价值。气候中尺度模拟结果对近地层通量极为敏感,选择合适的通量计算方案对模拟效果至关重要。因此,对比分析稻麦轮作农田下不同的通量计算方案具有重要意义。本文选取了8种具有代表性的近地层湍流通量计算方案,采用寿县国家气候观象台实测资料对比分析了各方案在稻麦轮作农田的计算特征和差异。结果表明,在不同稳定度和不同风速情况下,各方案的误差特征各异。本文基于归一化标准差综合评价了各方案的准确度,总体而言,所有方案的动量通量总体平均归一化平均差为0.536,其中SS14(Sharan和Srivastava,2014年)方案最大为0.575,SS20(Sharan和Srivastava等,2020年)方案最小为0.517;所有方案的感热通量总体平均归一化标准差为0.638,其中GLGS20(Gryanik等,2020年)方案最大为0.871,SS14方案最小为0.476。此外,本研究还给出了稻麦轮作农田不同稳定层结和不同风速情况下各通量计算方案的误差特征。本文的研究结论,可为准确计算近地层湍流通量提供支撑。     

南极瑞穗站辐射平衡及湍流通量特征

本文利用南极瑞穗站１９７９—１９８０年近地面层微气象及辐射平衡等观测资料，分析了春、夏、秋和冬季辐射平衡分量的日、年变化特征，采用空气动力学方法和廓线梯度迭代法计算了不同季节的动量通量、感热通量和由能量平衡方程得到的潜热通量的日变化特征，并对计算结果进行了比较。文中还对湍流热量交换系数、湍流动量交换系数与理查孙数的日变化关系进行了讨论。     

冬季增城丘陵灌木林近地层湍流通量观测数据的质量控制

涡动相关仪获得的湍流数据质量不仅受到传感器构造及当时环境因子的影响,同时可能受到理论假设带来的误差的影响.对2018年1月1日-2月28日冬季增城丘陵灌木林典型下垫面近地层湍流观测数据进行了包括野点剔除、倾斜订正、感热通量的超声虚温订正、WPL修正以及自动增益控制(AGC)修正等后处理及质量控制.结果表明:常规野点剔除...     

近地层湍流通量计算及几种塔层风廓线模式的研究

利用近地层风廓线的积分形式和平均场资料计算了表征湍流通量和热量通量特征量。u_*和T_*.得到了几种稳定度条件下利用两层风、温实测资料计算u_*和T_*的方法,可以普遍应用. 本文还用铁塔风速资料对目前广泛采用的几种中性和非中性湍流交换系数分布模式代入运动方程得到风廓线计算公式并进行了研究.给出了误差范围.认为:不稳定时用Yamamoto的K_m模式导出的风廓线公式以及中性和稳定时用Yokoyama的K_m模式导出的风廓线公式与实测廓线比较符合,且计算比较简便.     

青藏高原东坡理塘地区近地层湍流通量与微气象特征研究

简要介绍青藏高原东坡理塘大气综合观测站长期观测试验,并利用2006年1、7月资料分别代表该站冬季和夏季,初步分析和比较该地区冬、夏季近地层微气象特征和湍流通最输送情况,得到了以下结论:(1)风、温、湿均表现出明显的日变化特征.冬季风速值平均大于夏季,风速极大值均出现在下午;冬季温度梯度早晚大,白天小,而夏季均较小;湿度梯度早晚大于白天.(2)中件条件下风速廓线对数关系表现为一条直线而非中件条件下略偏离对数关系,晚上均有逆温现象出现.在一定高度能观测到较弱的逆湿现象.(3)冬季以感热为主,潜热值较小,夏季以潜热为主,但感热也较大,且冬季通量值要远小于夏季;冬季动量通量平均大于夏季,二氧化碳通量远小于夏季;浅层(地面以下2和5 cm)土壤热通量也具有明显的日变化特征,白天从土壤吸收热量,夜间则放出热量.(4)地面热源强度具有显著的日变化特征:白天为强热源,夜间冷热源特征不明显.冬季和夏季全天平均表现为热源,但夏季强度远大于冬季,平均达到134 W/m2左右,冬季仪约35.3 W/m2.     

应用通量方差法估算戈壁绿洲下垫面湍流通量的研究

利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测试验” 2005年绿洲、戈壁点的观测资料, 分析与讨论了温度、水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系, 应用通量方差法对感热、 潜热通量进行了计算, 并同涡动相关系统的观测结果进行了比较。不稳定条件下, 戈壁点温度归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系优于下垫面非均匀性更强的绿洲点, 绿洲点水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系较温度量表现得更好。对同一站点, 归一化温度标准差的通量方差关系并不总是优于水汽的通量方差关系, 其取决于该站点的温度以及水汽的源汇分布情况; 通量方差法对两个站点的感热、 潜热通量均有较好的再现, 但戈壁点感热通量的计算效果优于非均匀性更强的绿洲点。应用通量方差法对潜热通量计算时若采用直接观测的感热通量, 则潜热通量的计算效果具有一定程度的改善。     

东北水稻田湍流通量特征研究

本文利用2007年在中科院三江平原沼泽湿地生态试验站附近稻田内的观测资料,对东北水稻田的CO2通量、潜热通量以及感热通量典型日变化和季变化特征进行了初步的研究和分析,结果表明CO2通量日变化呈明显单峰型,即太阳辐射较强时为净吸收,夜晚则释放CO2。季变化与水稻生长期一致,水稻生长的越旺盛,CO2的吸收量越大。潜热通量最大的时期是拔节期,最小的时期是分蘖期,抽穗期则位于两者之间。感热通量最小的时期是拔节期,在抽穗期时,水稻吸收太阳辐射最多,感热通量最大,分蘖期居中。     

通量-方差法估算沿海近地面层的湍流通量分析

利用通量-方差法,通过确定速度和温度归一化标准差与稳定度之间的变化关系,估算出东南沿海地区的湍流动量通量和感热通量。我们发现在中性条件下 并不像Tillman等认为是常数,而是随稳定度参数按指数形式变化。与涡动协方差相关测量系统测量结果进行比较发现,通量-方差方法估算结果与测量值两者符合得较好,相关性高,动量通量的相关系数为0.87,而感热通量的为0.95。利用该方法估算沿海近地面层的湍流通量具有一定的代表性。     

边界层湍流通量参数化方案

文章对边界层湍流通量参数方案进行了系统的回顾，尤其是对常用的一阶和湍流功能方案（１１／２ｏｒｄｅｒ）进行了详细的讨论，以期为“九五”攻关任务－模式边界层参数方案的改进打好基础。     

不同气象条件下湍流通量的研究

利用1989年12月－1990年1月在重庆市测得的三轴风速仪资料和气象资料，1990年7月－8月在天津测得的三轴风速仪资料、温度脉冲资料、气象资料、计算了不同气象条件下的动量通量、热通量、摩擦速度和特征温度。这对了解重庆和天津市郊不同气象条件下的近地面层的湍流通量特征是十分有益的。     

藏东南地区草地下垫面湍流通量和辐射平衡各分量的变化特征

利用2013年5月20日至7月9日藏东南林芝地区草地下垫面的野外试验站点观测资料,分析了晴雨转换过程中林芝地区草地下垫面的近地层基本气象要素、湍流通量和辐射平衡各分量的变化特征,并着重分析了各个变量之间的相互关系,对比分析它们在典型晴天和阴天条件下的差异。结果表明:(1)草地观测站的各气象要素的变化趋势相互吻合,即相对湿度与降水有着一致的变化趋势,而气温、地面温度和风速均与降水的变化相反;观测期间草地站的潜热交换大于感热交换,在无降水时期,感热明显偏高,潜热偏低,降水时期则相反;感热与向下短波辐射的变化趋势一致,同时,向上短波辐射、向上长波辐射、净辐射、地表反照率和土壤热通量均与向下短波辐射保持同步的变化关系,而向下长波辐射则呈现出相反的变化。(2)典型晴天和阴天的分析结果表明,晴天条件下各变量的日变化均比阴天条件下剧烈,在白天,感热和潜热在典型晴天的值均大于典型阴天天气下的值,除向下长波辐射外,其他地表辐射分量在晴天条件下的值远大于阴天的值;在夜间,晴天的向上长波辐射、净辐射和土壤热通量小于阴天的值。(3)相对湿度最大值出现在早晨,最低值出现在午后;风速的最小值出现在早晨,最大值出现在中午,且基本上都是晴天天气下大于阴天天气下。因此,藏东南林芝地区草地下垫面的感热、潜热、土壤热通量、辐射平衡各分量、基本气象要素均与晴、雨的转化有着非常密切的协同变化关系,这些变量之间相关系数高,吻合度好,表明了该边界层观测数据的可靠性,该观测试验数据可为数值模式在藏东南林芝地区地气交换过程的模拟提供重要的数据基础。     

深圳市西部地区大气湍流通量特征分析

利用2015—2016年深圳市石岩气象综合观测基地开路涡动系统的通量数据及深圳市环境监测中心西乡站污染物浓度资料,分析了深圳市西部地区大气湍流通量特征。结果表明:该区域湍流通量具有明显单峰型日变化且峰值均出现在午后。潜热通量占据主导地位,污染过程的潜热通量比清洁过程的潜热通量大,不同过程中感热通量和动量通量均值及最大值变化程度接近。臭氧生成的条件为弱风、强辐射及干燥天气,当臭氧成为主要污染物时,使得湍流通量日变化具有与清洁过程不同的特征。     

南沙海域大气湍流通量输送特征分析

利用１９９４年９月在南沙群岛的渚碧礁（１０°５２′Ｎ，１１４°０４′Ｅ）观测的湍流资料，采用涡旋相关法计算，给出了南沙海域的曳力系数，动量通量，感热通量和潜热通量，并与其它海气相互作用实验及ＨＥＩＦＥ的结果作了比较，结果表明，该海域的曳力系数ＣＤ＝（１．５４±０．２４）×１０＾－３。大气向海洋输送动量通量与水平风速挟方成正比，该海区无论白在还是晚上都是将其贮存的热量以潜热或感热的形式输送到大气中。     

地表湍流通量计算方法的研究综述

地表通量的计算方法主要有：以能量平衡为基础的Bowen比能量平衡法、以相似理论为基础的空气动力学方法以及以精度比较高的观测仪器为基础的涡旋相关法。本文对这些计算方法进行了简单的讨论,并介绍了涡旋相关观测系统原始资料的处理方法及一些物理量修正方案的研究进展。对存在的问题进行了一定的讨论。     

近海层大气湍流通量系数研究

根据１９９４年９月１８～３０日南沙群岛海域渚碧礁的近海面大气湍流观测实验资料,分别计算了该海域光滑海面和粗糙海面上的空气动力粗糙度（ｚ０ ）、中性曳力系数（ Ｃ Ｄ Ｎ）。利用 Ｂｕｔｓａｅｒｔ 的假定,推导了求取标量粗糙度（ｚ Ｔ、ｚ Ｑ）、整体输送系数（感热交换系数 Ｃ Ｈ Ｎ、水汽交换系数 Ｃ Ｅ Ｎ ）的一组公式。在此基础上,分别计算和分析了该海域光滑海面和粗糙海面上空气动力粗糙度（ｚ０ ）、标量粗糙度（ｚ Ｔ、ｚ Ｑ ）、中性曳力系数（ Ｃ Ｄ Ｎ）、整体输送系数（感热交换系数 Ｃ Ｈ Ｎ、水汽交换系数 Ｃ Ｅ Ｎ）及其关于水平风速分量的分布,并得到了一些有益的结论。     

地表湍流通量计算方法的研究综述

地表通量的计算方法主要有:以能量平衡为基础的Bowen比能量平衡法、以相似理论为基础的空气动力学方法以及以精度比较高的观测仪器为基础的涡旋相关法。本文对这些计算方法进行了简单的讨论,并介绍了涡旋相关观测系统原始资料的处理方法及一些物理量修正方案的研究进展。对存在的问题进行了一定的讨论。