Page 155 - 《高原气象》2025年第3期

3 期 丁 一等：川南森林冠层上方动量和标量的湍流输送效率 713
（20 m）处的结果。可以发现 CEM 和 ICEM 都对喷 ICEM 的 |∆S| 平均值略有不同， CEM 不一定会产生
射和扫掠的相对重要性做出了合理的估计， 尤其 更好的效果。对于动量通量和水汽通量， 当使用
是动量通量。 ICEM 时， 两种通量的模拟 |∆S|平均值与观测 |∆S|平
表 2 展示了 CEM 和 ICEM 在三个高度上的动 均值的比率更接近 1， 另外 ICEM 的 RMSE 有时小
量和所有标量结果之间的定量比较， 包括模拟 |∆S| 于 CEM 的 RMSE。总体来说， CEM 和 ICEM 产生
的平均值， 模拟 |∆S| 平均值与观测 |∆S| 平均值的比 相似的结果。值得注意的是 38 m 处的热量， ICEM
率， 以及模拟和观测的均方根误差（RMSE）。因为 的模型和观测的平均绝对值比率和 RSME 比 CEM
∆S可以为正值或负值， 所以给出的模拟和观测的平 大得多。因此， 在粗糙副层和常通量层的边界处
均值是 ∆S 绝对值的平均值。可以看出， CEM 和 ICEM对热量的模拟存在偏差。

表2 CEM和ICEM模拟|∆S|的平均值， 模拟|∆S|平均值与观测|∆S|平均值的比率， 以及模拟∆S的均方根误差（RMSE）
Table 2 The average value of CEM and ICEM modelled |∆S|， the ratio between the average value of modelled |∆S|
and the average value of measured |∆S|， and the root-mean-square error （RMSE） of the modelled ∆S
高度 动量 热量 水汽 CO 2
参数
/m CEM ICEM CEM ICEM CEM ICEM CEM ICEM
|ΔS|平均值 20 0. 18 0. 2 0. 19 0. 21 0. 18 0. 2 0. 15 0. 19
38 0. 3 0. 29 0. 25 0. 31 0. 22 0. 24 0. 22 0. 28
56 0. 34 0. 37 0. 27 0. 32 0. 23 0. 25 0. 22 0. 27
|ΔS|平均值比率 20 0. 87 0. 99 0. 89 1. 03 0. 88 0. 96 0. 87 1. 13
38 0. 87 0. 84 0. 94 1. 17 0. 94 1. 06 0. 95 1. 2
56 0. 94 1. 01 0. 96 1. 15 0. 97 1. 03 1. 02 1. 26
|ΔS|均方根误差 20 0. 13 0. 13 0. 1 0. 05 0. 04 0. 05 0. 07 0. 06
38 0. 11 0. 12 0. 04 0. 1 0. 05 0. 08 0. 07 0. 1
56 0. 12 0. 13 0. 04 0. 08 0. 05 0. 06 0. 13 0. 11

CEM 和 ICEM 产 生 的 结 果 相 似（Katul et al， 1
R uw = 1 1 （19）
2006）， 表明在森林冠层上模拟喷射和扫掠的通量 ( z ) ( z ) 3
3
C u1 C w1 1 - C u2 L 1 - C w2 L
贡献之间的差异， 忽略偏度项的贡献是合理的。图
| | | 1 | | | ( z ) 1 3
6 显示的 || ) | | 比率的累
| 3 R wa( M 03 - M 30) /( M 21 - M 12 | 1 - C T2 L
R wT = （20）
积分布函数（CDF）进一步证实了这一假设。只有当 ( z ) 1 3
C w1 C T1 1 - C w2
这个比率较小时， 偏度项才可以忽略， CEM和ICEM L
才可以产生相似的结果。从图 6 可以看出， 对于动 表 3列出本研究在不同高度下的拟合系数以及
量， 大约有 70% 的数据该比率的绝对值<0. 5， 对于 与 De Bruin et al（1993）、 Choi et al（2004）结果的比
较， 它们之间的差异并不大。
水 汽 和 CO ， 比 率 的 绝 对 值 <0. 5 的 数 据 超 过 了
2
图 7 给出了不同高度的相关系数（R uw ， R wT ，
60%， 但对于温度， 该比率绝对值较大， 特别是在
）以及拟合结果。可以发现标量的传输效
38 m 处， 这表明温度和垂直速度的偏度显著不同， R wq ， R wCO 2
率与动量的传输效率存在显著差异， 基于平原和草
这与表 2 显示的结果一致， 即 ICEM 的模拟和观测
原数据集（De Bruin et al， 1993； Choi et al， 2004）的
的比率比 CEM 大得多。因此， ICEM 对于温度的模
拟合曲线随高度的增加高于森林数据集的拟合曲
拟效果较差， 这种情况可能发生在非均匀地表上。
线， 这表明森林冠层动量的湍流传输效率随着高度
3. 3 动量和标量的湍流传输效率 的增加而降低。在不稳定条件下， 动量和热量湍流
De Bruin et al（1993）、 Choi et al（2004）给出在 传输效率随稳定度的变化趋势与文献中提出的拟
满足莫宁-奥布霍夫相似理论（MOST）条件下， 传 合曲线的变化相似。动量的湍流传输效率随不稳
输效率随稳定性变化的拟合函数形式为： 定性的增加而降低。三个高度下的热量传输效率