流动沙丘涡度相关通量的坐标旋转订正与对比研究

复杂下垫面导致近地面大气运动具有特殊的动力学和热力学特征,进而影响物质和能量的交换过程。以科尔沁流动沙丘7月份涡度数据为例,分析由于地形引起的风速、旋转角度β的变化,采用二次旋转法(DR)和平面拟合法(PF)对水热通量、数据质量对比分析,结果表明:(1)地形平缓区(180°~330°)垂直风速>0,β在1.677 3°左右;地形陡峭区(330°~180°)垂直风速<0,β在-1.648 6°左右。(2)DR法和PF法对潜热通量影响很大,分别增加17%和减小15%,DR法订正前后水热通量相关性均高于PF法。(3)DR法和PF法订正后的数据分别有89.6%和89.3%通过湍流发展的充分性检验;DR法订正前后摩擦风速相关性高于PF法;能量闭合率分别提高了3.47%和2.78%。(4)整个生长季中,6、8月订正后涡度数据质量有较好的提高。因此,DR法更适用于起伏较大的流动沙丘。研究结果充分考虑地形对涡度数据影响,为科尔沁沙地及具有相似地形的地区涡度数据的合理使用提供参考。

不同坐标旋转方法对玉米地水热通量校正的影响

【目的】提高涡度相关通量数据的能量闭合率,比较不同的坐标旋转法对水热通量校正的影响。【方法】采用二次坐标旋转法、三次坐标旋转法和平面拟合法,分别对涡度相关法测得的2015―2016年甘肃武威凉州区石羊河试验站制种玉米地的显热和潜热通量数据进行了分析。【结果】二次坐标旋转法和三次坐标旋转法对能量闭合率的提升效果相差不大,但经三次坐标旋转法处理后,湍流通量和有效能量数据的相关性更好。平面拟合法更适用于下垫面均匀平整、湍流交换较为稳定、平流作用较弱的环境,复杂地形条件下可选用分时段独立旋转法处理数据。当地试验条件下,涡度相关法观测得到的覆膜畦灌制种玉米地的能量闭合率比膜下滴灌制种玉米地的高5%~8%,对应的湍流通量均值高2%~17%,对应的湍流通量与有效能量的均方根误差低12%~23%。【结论】当地试验条件下,灌溉方式为覆膜畦灌时,适合采用平面拟合法对涡度相关水热通量进行仪器倾斜校正,而膜下滴灌时则更适合采用三次坐标旋转法。