青藏高原东部拉萨河下游地区大气湍流交换特征研究

地气之间物质和能量随湍流运动进行输送,涡度相关技术是研究地气交换过程和评估大气资源的重要手段,它对湍流特征和精确的通量观测研究具有重要的作用。本研究利用拉萨蔡公堂通量站的闭路涡度相关系统,观测了2020年8-11月青藏高原东部拉萨河下游地区典型高寒草甸下垫面的通量特征,并分析了该区域生长季和非生长季不同大气稳定条件下湍流谱特征和相似性规律。结果表明:(1)生长季时期(8-9月),净生态系统CO_(2)交换(NEE)日均值为-2.3 gC·m^(-2)·d^(-1),蒸散(ET)日均值为1.8 mm·d^(-1),非生长季时期(10-11月),NEE日均值为1.1 gC·m^(-2)·d^(-1),ET日均值为0.3 mm·d^(-1);(2)三维(u,v和w)方向的湍流风速和温度的归一化谱具有明显的惯性副区,谱密度曲线斜率符合-2/3规律,垂直方向(w)湍流风速分别和温度、CO_(2)和H_(2)O等气体浓度的归一化协谱曲线斜率较高于-4/3;(3)生长季和非生长季时期大气稳定度的日变化相似,主要随动量通量的增加而降低,但各方向风速的归一化标准差(σ/u_(*))拟合结果不同,生长季时期,σ_(u)/u_(*)、σ_(v)/u_(*)和σ_(w)/u_(*)分别为2.84、2.73和1.07,非生长季时期三者增加,分别为3.23、3.19和1.22,其非生长季时期水平方向风速归一化标准差增加较明显。利用闭路涡度相关系统可以较好地观测本研究区通量特征,并且分别考虑生长季和非生长季时期湍流风速的相似性规律参数化方案有助于更精确地观测大气资源。

小型农业养殖塘上大气湍流特征的观测分析

为明确小型水体上的大气湍流特征和涡度相关系统的适用性,基于2018年安徽省滁州市全椒县官渡村小型农业养殖塘的通量观测数据,分析该地的大气稳定状态、湍流方差相似性、湍流速度谱和协谱、湍流强度及湍流动能的变化特征。结果表明,该小型农业养殖塘上1 d内约21 h大气处于不稳定状态;Monin-Obukhov相似理论适用于该农业养殖塘;三维风速归一化标准差随大气稳定度的变化符合1/3次方规律,不稳定条件下的拟合效果优于稳定条件下,且以垂直方向上拟合效果最佳,温度和湿度的归一化标准差在大气不稳定时符合-1/3次方规律;三维风速的湍流谱在惯性子区中符合-2/3次方关系,垂直风速与标量的协谱在惯性子区中符合-4/3次方规律,涡度相关系统能够观测该小型农业养殖塘上的感热、潜热和CO_(2)通量;该小型农业养殖塘上的湍流强度随风速衰减的速度快于大型湖泊,风速大于1 m·s^(-1)时湍流强度趋近于常数,且水平方向上的湍流强度大于垂直方向;该小型农业养殖塘上的湍流动能在中性条件下最大(3.0 m^(2)·s^(-2)),且以风切变贡献为主;湍流动能随风速增大而增大,并呈现昼高夜低的变化特征。上述结果可为明确小型水体上的大气湍流特征及小型农业养殖塘与大气之间能量和物质的交换机制奠定一定的理论基础。

城市粗糙子层内湍流特性研究——以合肥一站点为例

城市边界层粗糙子层内的平均场和湍流场特征通常利用局地相似理论来描述,但在很多场合仍然适用于Monin-Obukhov相似性理论。在合肥城区开展气象观测,获取粗糙子层内两不同高度的风速温度数据,分析Monin-Obukhov相似性理论与局地相似性理论的差异,同时分析风速、温度的归一化标准差与局地稳定度的关系随高度的变化。结果表明,两高度上的摩擦速度u_(*)相差超过13%,特征温度T_(*)相差小于2%。风速、温度归一化标准差与稳定度之间的关系可以采用平坦下垫面近地层得到的拟合关系式,只是具有不同的拟合系数,且两个高度的拟合系数不同。这说明本实验地点符合一般粗糙子层的特征,与平坦均匀下垫面近地面层有较大的差别。