Page 148 - 《高原气象》2025年第3期
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高     原      气     象                                 44 卷
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             Wilson and Shaw， 1977）， 但传输机制还不完全清                 扫掠更有效。Hong et al（2002）研究了稻田冠层的
             楚。因此， 研究森林冠层上方的湍流传输特征不仅                            湍流特征， 发现在稳定条件下， 与冠层上方的喷射
             可以揭示大气湍流特征， 而且有助于数值预报模型                            相比， 冠层内的扫掠效率更高， 而在较低冠层中扫
             的发展。                                               掠随着内向和外向相互作用的贡献增加而减少， 冠
                  动量场和标量场（温度、 水汽、 痕量气体）的条                       层内的湍流变得更具间歇性。在湖泊和葡萄园上
             件采样表明， 冠层-大气交换主要是通过相干涡流                            空的地表层中， 动量和标量传输之间的差异的原因
             结构对冠层区域进行间歇性传输（Gao et al， 1989）。                   很可能是相干结构从具有显著水平涡度的涡流转
             对于涡流流动类型， 下沉气流（扫掠）和上升气流                            变到较大的热羽流（Li and Bou-Zeid， 2011）。Wang
             （喷射）被认为是“相干”结构的主要运动， 标量场的                          et al（2014）利用象限分析研究城市冠层上三个高度
             时间序列分析揭示了这些相干运动的斜坡结构                               的动量和标量的湍流输送， 发现在不稳定条件下，
             （Katul et al， 1997a）， 在大气边界层中， 相干结构通               喷射在三个高度上都主导动量和标量输送， 而在中
             常被定义为低频、 大尺度相位相关的有序运动                              性和稳定条件下扫掠是粗糙子层中传递动量和标
             （Zhang et al， 2011）。为了量化这种相干运动（通常                  量的主要涡流运动。
             被称为喷射-扫掠循环）对动量和标量传输的影响，                                不同标量之间的输送相似性主要是受非局部
             提出了一些条件采样技术， 如象限分析、 小波变换                           效 应 的 影 响 ，  如 平 流 和 夹 卷（Katul  and  Hsieh，
             等。象限分析表明， 动量通量的强扫掠和弱喷射很
                                                                1999； Li et al， 2012a）。但这些研究大多都集中在
             大程度是与相干结构相关的（Nagano and Tagawa，
                                                                温度和水汽之间的差异。对温度和二氧化碳以及
             1995； Finnigan， 2000； Poggi et al， 2004）。Nakaga‐
                                                                水汽和二氧化碳之间的差异研究较少， 尤其是在森
             wa et al（1977）测量了光滑和粗糙管壁的应力贡献，
                                                                林环境中。本文利用川南森林下垫面三层高度
             表明随着粗糙度的增加和靠近壁的距离减少， 扫掠
                                                               （20 m、 38 m和 56 m）的微气象塔湍流观测资料， 通
             比喷射更重要。对于粗糙的边界表面， 在近壁区域
                                                                过象限分析研究冠层上方不同稳定条件下的动量
             传 输 动 量 是 下 沉 运 动 占 主 导 作 用（Raupach  and           和标量喷射-扫掠涡流运动的统计特征， 并将喷射-
             Thom， 1981）。Finnigan （1979）对小麦冠层湍流速
                                                                扫掠运动特征与预测模型相联系， 同时研究不同稳
             度场的间歇特征进行研究， 发现在冠层内动量传输
                                                                定条件下动量和标量湍流传输差异以及不同标量
             由扫掠过程为主， 而在冠层上方， 传输由喷射为
                                                                传输之间的差异。
             主。Shaw et al（1983）分析了玉米和小麦的冠层结
             构， 在冠层中部， 扫掠占主导作用； 认为动量传递                          2  资料来源与方法介绍
             过程是高度间歇性的， 并且间歇性程度随冠层高度
                                                                2. 1 数据和站点介绍
             至中点而增加， 在中点以下， 趋势出现逆转。Cop‐
                                                                    本文所使用的湍流资料来源于成都信息工程
             pin et al（1986）利用象限分析对植物冠层进行实验，
                                                                大学架设在四川省乐山市四峨山的山地生态气象
             结果表明热通量的喷射和扫掠运动对接近冠层高
             度的贡献是相等的， 在冠层内， 对于动量传输， 扫                          综合观测塔， 站点坐标为 29. 25°N， 103. 59°E， 海
             掠占主导作用； 在接近中性条件下， 只要标量源和                           拔 970 m。四峨山站下垫面为典型的山地森林， 观
             动量汇分布相同， 热量和动量传输就相似。Berg‐                          测场地植被冠层高度为 15 m（范德民等， 2024）。文
             strom et al（1989）研究了松树林上方的喷射扫掠运                    中涉及的地图是基于国家地理信息公共服务平台
             动， 表明动量、 热量和水汽湍流通量的贡献存在明                           服务中心数据资源下载的审图号为 GS（2024）0650
             显差异。                                               的标准地图制作， 底图无修改。
                  由于风速和温度都存在垂直梯度， 大气中的动                             观测塔高 60 m， 装有 3 套涡动相关观测系统
             量和标量传输非常复杂。许多学者研究了大气稳                             （IRGASON， Campbell）， 进行陆气间动量、 热量、
             定性对不同冠层中动量和标量的湍流传输影响                               水汽和 CO 交换的观测。三个三维超声风速仪的方
                                                                         2
             （Chen，  1990；  Horiguchi  et  al，  2010；  Lee  et  al，   位角均为 140°， 架设观测设备三层高度分别为
             2011）。Maitani and Ohtaki （1987）对稻田表层的动             1. 33/2. 53/3. 87 倍的冠层高度， 关于粗糙副层的高
             量和感热湍流传输进行研究， 发现在冠层上方接近                            度， 目前并未有定论， 有研究指出粗糙副层的范围
             中性条件下， 扫掠对动量和标量的垂直传输非常有                            为 2~3 倍冠层高度（Kadivar et al， 2021）， 同时也随
             效， 而在强不稳定条件下， 对于标量输送， 喷射比                          着大气热力和动力条件的不同产生变化。本文采
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