大孔径闪烁仪观测中的相似理论适用性分析

利用2009年馆陶站(1-12月)和阿柔站(1-6月和10-11月)的大孔径闪烁仪LAS相关数据,分析了LAS观测中莫宁—奥布霍夫相似理论MOST理论的适用性,并探讨了MOST理论适用性的定量判断方法。结果表明:(1)在不稳定条件下,大尺度涡旋运动、大气湍流发展状况和温度尺度都能对MOST理论适用性产生显著影响;(2)确立了两种新的MOST理论适用性判断方法,即因子分析法和温度结构参数法,并验证了这两种判断方法是合理、可靠的。

一种基于星载遥感的碳通量直接测量方法

目前全球尺度碳通量监测主要通过地基原位CO_(2)通量与浓度测量,结合星载遥感CO_(2)浓度等数据源,经过一系列的同化算法加以实现。考虑到原位测量覆盖范围有限,提出一种基于星载遥感的碳通量直接测量方法。基于湍流一阶闭合理论,采用水平风廓线-CO_(2)浓度廓线双廓线模型,结合莫宁-奥布霍夫相似理论实现对CO_(2)通量的直接测量。其中水平风廓线通过双视向激光雷达采用多普勒相干测风反演得到,CO_(2)浓度廓线则基于激光雷达的差分吸收原理进行探测。基于星载激光雷达的双廓线探测方案目前可达1 m/s的测风精度和10-6的CO_(2)浓度探测精度。通过廓线模型初步分析发现:在较强碳源(例如近地面CO_(2)浓度差>10-5)的下垫面及中性大气条件下可满足目前科学应用对通量数据的精度需求,即实现25%以内的CO_(2)通量测量的不确定度。该方法总体上可提供大尺度碳通量观测数据,作为地基CO_(2)通量测量的有益补充。

两种方法评价不同高度涡度相关系统的观测结果(英文)

主要通过常规气象参数、湍流特性和能量闭合度对 2套涡度相关系统的观测结果进行了比较研究 .对 2层高度湍流特性的研究中 ,以相似理论为基础 ,分析了垂直风速的标准差和稳定度参数z L(观测高度与莫宁霍夫长度比值 )的关系 ,2层观测结果对垂直风速的标准差和稳定度参数z L的模拟方程显示 2 3m观测数据的模拟结果更符合通用方程的经验参数 .最后对 2层高度的半年时间内 ( 2 0 0 3 0 1 0 1 )～ ( 2 0 0 3 0 6 30 )总体能量闭合度和能量闭合度的时间变化趋势作了对比研究 .结果表明 ,39m观测结果的总体能量闭合度要高于 2 3m的总体能量闭合度 ;但从各自的能量闭合度的时间变化来看 ,2 3m在冬季的能量闭合度要高于 39m ,而在春季 39m的能量闭合度要高于 2 3m .

基于光闪烁法的区域平均显热通量测量系统

获取区域的平均显热通量对水文、气象、农业有着非常重要的意义,光学仪器相比传统的仪器在测量结果代表性上有很大的优势。基于大气折射率结构常数与显热通量的关系,设计了测量大气折射率结构常数的大口径闪烁仪和反演显热通量的软件系统。用闪烁仪测量的结构常数和其他标准的气象观测(空气温度、风速、大气压力)联合起来反演地表显热通量。该仪器由一个调制的光源发射端,两个接收端组成,包括调制解调、电路滤波、数据采集、数据处理和显示单元。通过在中科院封丘农业生态站的外场实验,与传统标准仪器涡动相关仪所测显热通量对比,白天的数据相关性达到0.9以上,很好的证明该光学测量方法的科学性和可靠性,在水文、气象和农业等领域有很好的应用前景。

北京城市下垫面动力学参数的计算与分析

采用北京325 m铁塔2008—2012年的单层超声观测资料,基于莫宁-奥布霍夫相似理论(Monin-Obukhov similarity theory)和前人提出的最小误差分析方法,计算了铁塔周边下垫面的零平面位移高度和动力粗糙度长度。结果表明,由于铁塔位于北京市区,其周边下垫面呈现极其复杂的非均匀性,所以对应铁塔周边不同的扇区,零平面位移高度和动力粗糙度长度各有不同。平均而言,在2008—2012年间,铁塔周边下垫面的零平面位移高度为34.4 m,动力粗糙度长度为1.16 m。此外,综合前人的计算结果发现,铁塔周边的零平面位移高度和动力粗糙度长度在2001年之前呈显著增加的趋势,而在2001年以后并未增长,这一现象与铁塔周边的城市化进程相对应。

通用风速廓线模型在山区森林的适用性

基于莫宁-奥布霍夫相似理论的解析方程(风速廓线模型)自20世纪70年代以来一直被用于平坦地形上的风速预测,成熟且准确,但在非平坦地形适用性尚不清楚。其适用性标志着对非平坦地形近地层空气动力学参数(如零平面位移高度及粗糙度)估计的准确性,将决定基于涡度协方差法计算碳水及痕量气体通量中频率修正及其源区分析的准确性。因此,风速廓线模型在非平坦地形的适用性评价是确认通量模型是否需要改进的前提。本研究利用辽东山区清原森林站科尔塔群测量三维风速数据,并与辽河平原盘锦农田站同类数据相比较,评估了以莫宁-奥布霍夫相似理论为基础建立的通用风速廓线模型在非平坦地形上的适用性。结果表明:通用风速廓线模型无法准确预测清原森林站3座通量塔所在地的风速,不适用于复杂地形。在非生长季和生长季,清原森林站3座通量塔实际观测与模型预测风速的决定系数(R2)为0.12~0.30,观测数据与预测值的标准误超过2 m·s^(-1),模型风速约为实际观测风速的2.0倍,显著高估。然而,该模型可准确预测盘锦农田站平坦农田景观的水平风速,实际观测风速与模型预测之间的R2为0.90~0.93,观测数据与预测值之间的标准误仅为0.5 m·s^(-1)。经F检验指出,非平坦地形风速观测值与预测值的均方根误差远大于平坦地形,其中,地形是影响通用风速廓线模型适用性的主要因素,其次是季节性(无/有叶期)因素。风速廓线模型在非平坦地形上不适用,原因是零平面位移被低估,或零平面位移和粗糙度均被低估,进而使空气动力高度估计不准。