川南森林湍流通量质量评价及贡献区分析.docxVIP

第43卷第1期高原气象Vol.43No.1

2024年2月PLATEAUMETEOROLOGYFebruary，2024

范德民，张宇，苏有琦，等，2024.川南森林湍流通量质量评价及贡献区分析［J］.高原气象，43（1）：227-240.FANDemin，ZHANGYu，SUYouqi，etal，2024.TurbulentFluxMassEvaluationandContributionRegionAnalysisoftheUnderlyingSurfaceinSouthernSichuanForest［J］.PlateauMeteorology，43（1）：227-240.DOI：10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00027.

川南森林湍流通量质量评价及贡献区分析

范德民，张宇，苏有琦，张茜

（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）

摘要：由于通量观测容易受复杂下垫面和仪器精度影响，需基于涡动相关系统观测原理对原始数据进行严格的预处理和质量控制。本研究选用2021年5-12月来自于川南地区四峨山森林下垫面的涡动相关系统的湍流观测资料，观测设备架设在不同高度包括粗糙副层内、粗糙副层与常通量层边界以及常通量层内。利用上述观测数据量化了两种坐标旋转方案下湍流通量计算结果的差异性，并结合湍流稳定性和发展性检验对通量资料序列进行了质量评价，最后分析了不同大气稳定度和不同观测高度下足迹函数所表示的通量贡献区域变化范围。结果表明：二次坐标旋转校正后的通量数据大于平面拟合后的数据，且两者的校正差距随观测高度的增加而增大。从通量数据质量等级分布特征来看，感热通量数据质量优于潜热通量及CO2通量，且低层数据质量优于高层。38m和56m观测高度主风向在东北-西北方向上呈现昼夜相反的变化，其中5-9月尤为明显。不同大气稳定度下的通量贡献范围存在一定的差异，在大气稳定条件下，38m观测高度的通量信息80%来源于距离观测塔西侧50~1400m区域；在大气不稳定条件下，通量测量的源区水平范围在0~500m之间。在56m观测高度且大气稳定条件下，通量贡献80%的源区边界距测点可达1500m；不稳定条件下，源区范围在0~750m之间。冬夏两季在稳定大气条件下贡献区范围有明显差异，在38m观测高度上，夏、冬季节最大湍流通量信息分别来于1320m、700m。在相同大气稳定度下，通量贡献区的分布受观测高度的影响，56m观测高度通量源区大于38m的通量源区。

关键词：湍流通量；质量评价；通量贡献区；森林下垫面

文章编号：1000-0534（2024）01-0227-14中图分类号：P413文献标识码：A

DOI：10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00027

1引言

陆地生态系统中的水汽、二氧化碳和热量等输送与转化过程是地圈、生物圈和大气之间物质和能量交换的主要形式，一直是微气象学的一个重要方面（王介民等，2007；王蓉等，2020；王维真等，2009）。随着全球通量网络（FLUXNET）的建立，研究大气边界层物质和能量交换过程正成为国内外广泛关注的热点（Baldocchietal，2001；Chuetal，2017；Jiangetal，2020）。涡动相关（EddyCovari-ance，EC）法可以直接观测下垫面和大气之间的水热交换，所需观测参数少，并且具有坚实的理论基

础，是FLUXNET的重要观测工具（Pastorelloetal，2020）。

涡动相关法理论上是理想的微气象条件下，如满足平坦地形、均匀植被、湍流发展平稳等假设，质量守恒方程的简化结果。涡动相关法是一种以微观气象理论为基础的非破坏性测量技术，利用高频观测的