川南森林冠层上方动量和标量的湍流输送效率

来源：高原气象杂志2025年第3期北京时间：

作者：丁一,张宇,范德民,苏有琦,张茜,王严琪,王彦淇

单位：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、 CO2）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

基金资助：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)