Page 147 - 《高原气象》2025年第3期
P. 147

第 44 卷  第 3 期                        高     原     气    象                             Vol. 44  No. 3
                 2025 年 6 月                       PLATEAU METEOROLOGY                                June， 2025


               丁一， 张宇， 范德民，等， 2025.  川南森林冠层上方动量和标量的湍流输送效率［J］. 高原气象， 44（3）： 705-719.  DING Yi，
               ZHANG Yu， FAN Demin，et al， 2025.  Turbulent Transport Efficiency of Momentum and Sscalar over Forest Canopy in Southern
               Sichuan［J］. Plateau  Meteorology，  44（3）：  705-719.   DOI：  10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2024. 00101. CSTR：32265. 14. gyqx.
               CN62-1061/P. 2024. 00101.




                     川南森林冠层上方动量和标量的湍流输送效率



                                                                                          4
                                                                              3
                                           1
                                1
                                                                   1
                                                       2
                       丁 一 ， 张 宇 ， 范德民 ， 苏有琦 ， 张 茜 ， 王严琪 ， 王彦淇                                        1
                       （1. 成都信息工程大学大气科学学院/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站，  四川  成都    610225；
                                            2. 安徽省芜湖市湾沚区气象局，  安徽  芜湖    241100；
                                              3. 四川省崇州市气象局，  四川  崇州    611230；
                                              4. 四川省德阳市气象局，  四川  德阳    618000）
                       摘要： 利用2021年5月1日至6月30日在川南森林60 m微气象塔测量的3层（20 m、 38 m和56 m）湍流数
                       据来研究冠层上方动量和标量的湍流输送特征。相干结构是湍流运动的主要形式， 由上升气流（喷射）
                       和下沉气流（扫掠）两部分组成。本文利用象限分析法分析了森林冠层上方粗糙副层、 粗糙副层和常通
                       量层的边界及常通量层的喷射-扫掠运动特征， 包含喷射和扫掠对通量贡献的差异、 动量和标量传输之
                       间的差异以及不同标量（T、 q、 CO）传输之间的差异。结果表明： 在不稳定和稳定条件下， 喷射在所有
                                                 2
                       三层高度上主导标量传输， 而扫掠是在中性条件下粗糙副层之上传输标量的主要涡流运动。对于动量
                       通量， 在不稳定条件下， 所有三层高度处， 喷射都占主导作用， 在稳定条件下， 在粗糙副层和常通量层
                       处， 喷射占主导作用， 而在粗糙副层和常通量层的边界， 扫掠的作用大于喷射， 在中性条件下， 除了粗
                       糙副层以外， 扫掠的通量贡献都大于喷射。三阶累积量展开法（CEM）可以更准确地表现喷射和扫掠产
                       生的通量贡献， 截断累积量展开法（ICEM）对粗糙副层和常通量层边界处的温度模拟较差。通过传输效
                       率的计算， 进一步量化了动量和 标量传输之间的差异。动量的湍流传输效率随不稳定性的增加而降
                       低， 而热量传输效率则相反。大气稳定性是控制动量和标量传输的重要因素， 水汽的传输效率受大气稳
                       定性的影响较小。强不稳定条件下， 热量传输效率比其他标量传输更有效。
                       关键词： 象限分析； 喷射扫掠； 传输效率； 森林冠层
                       文章编号： 1000-0534（2025）03-0705-15   中图分类号： P404   文献标识码： A
                       DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2024. 00101
                       CSTR：32265. 14. gyqx. CN62-1061/P. 2024. 00101


               1  引言                                             形起伏较大的山地， 且由于高大植被冠层对风场的
                                                                 影响， 在植被层与常通量层之间存在较厚的粗糙副
                   动量和标量的湍流传输一直是流体力学、 边界
                                                                 层， 影响着植被与大气间能量与物质的交换。大量
               层气象学、 水文学等许多科学领域研究的重要课题                           的理论和观测研究表明， 高大冠层上方区域的湍流
              （Willmarth， 1975； Raupach et al， 1991）。近地层是        传输与短冠层和开阔地面上大气表层的湍流传输
               地表与大气进行能量与物质交换的主要部分， 而热                           有所不同。在森林冠层上方测量的湍流通量可以
               量和物质交换主要通过湍流过程进行， 了解大气边                           通过通量梯度关系来预测（Garratt， 1978； Raupa‐
               界层中的动量和标量（热量、 水汽、 CO 等）的传输                        ch， 1979）。为了改进对冠层上方湍流传输的数值
                                                  2
               对数值模式中的参数化至关重要。森林多位于地                             模 拟 ， 还 开 发 了 高 阶 闭 合 模 型（Raupach， 1987；


                  收稿日期： 2024⁃07⁃04； 定稿日期： 2024⁃10⁃15
                  资助项目： 国家自然科学基金项目（42275131）； 第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK010203）
                  作者简介： 丁一（1999 -）， 男， 黑龙江五常人， 硕士研究生， 主要从事陆-气相互作用研究. E-mail： 1984342787@qq.com
                  通信作者： 张宇（1975 -）， 男， 贵州六盘水人， 教授， 主要从事陆面过程与陆-气相互作用研究. E-mail： yuzhang@cuit.edu.cn
                  © Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）
   142   143   144   145   146   147   148   149   150   151   152