湍流通量測(cè)量方法

二湍流通量測(cè)量方法簡(jiǎn)介湍流通量測(cè)量方法渦度相關(guān)法（EddyCovariance，EC）梯度法－廓線法鮑恩比方法通量通量是指單位時(shí)間通過(guò)單位面積的流體的某屬性量的輸送。流體運(yùn)動(dòng)可分為平均運(yùn)動(dòng)和脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩部分，因此屬性輸送也分別由這兩部分運(yùn)動(dòng)引起。熱通量和水通量：風(fēng)速分量乘以熱量和水汽含量和表示通過(guò)這個(gè)方向的單位面積所傳輸?shù)臒崃亢退?。熱通量：水汽通量?/p>

動(dòng)量通量：對(duì)上述兩個(gè)標(biāo)量的通量傳輸可以分解為x，y和z三個(gè)方向。風(fēng)速矢量有三個(gè)分量（u、v和w），因此對(duì)于動(dòng)量通量則具有9個(gè)分量，即任一方向的氣流運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)傳輸u，v和w方向的動(dòng)量輸送，因而具有二階張量性質(zhì)。湍流場(chǎng)：渦度相關(guān)法（EddyCovariance，EC）測(cè)量地氣通量的原理地氣通量是指地表和大氣之間的物質(zhì)、能量交換；渦度相關(guān)法測(cè)量地氣通量是從物質(zhì)能量守恒方程出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的簡(jiǎn)化而得到的渦度相關(guān)系統(tǒng)收支方程（I）（II）物質(zhì)（比如水汽、CO2）通量質(zhì)量守恒方程簡(jiǎn)化——理想條件下的地氣通量計(jì)算當(dāng)滿足下列假設(shè)時(shí)：(1)平穩(wěn)（定常）湍流；(2)水平均勻（平流可以忽略）；(3)近地面存在常通量層；(4)影響通量的各種度的渦旋都已被測(cè)到；(5)測(cè)量到的通量代表儀器所在的下墊面。此時(shí)，湍流輸送（第III項(xiàng)）為地氣輸送的唯一機(jī)制，可以利用渦度相關(guān)法計(jì)算地氣通量。（III）（V）（VI）（VII）理想條件下的地氣通量計(jì)算（IX）（X）（XI）（XII）（XIV）（XIII）CWCW湍流輸送項(xiàng)湍流觀測(cè)超聲風(fēng)速儀：利用聲學(xué)方法測(cè)量三維風(fēng)、溫脈動(dòng)，沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，響應(yīng)時(shí)間快，精度高、量程寬、輸出線性，是一種絕對(duì)測(cè)量的儀器,不需經(jīng)常標(biāo)定。熱線風(fēng)速儀：采樣頻率高，可達(dá)到上千赫茲，但比較容易損壞。換能器(transducer)：相對(duì)放置的一對(duì)換能器（I，II），里面的壓電晶體為收、發(fā)兩用型的。當(dāng)對(duì)換能器I施加脈沖電壓時(shí)，可產(chǎn)生超聲脈沖信號(hào)，發(fā)射出來(lái)，換能器II能夠接受到，并把超聲信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，輸入到超聲風(fēng)速儀的芯片中。反之，當(dāng)在II上施加脈沖電壓時(shí)，其產(chǎn)生的超聲脈沖信號(hào)能被I接受，并將超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信好，輸入到超聲風(fēng)速儀的芯片中。聲程L：上下?lián)Q能器之間的距離超聲風(fēng)速儀測(cè)風(fēng)原理（一）超聲信號(hào)順風(fēng)時(shí)經(jīng)聲程L傳播所需時(shí)間Tw：

Tw=L/(C+V)(1)超聲信號(hào)逆風(fēng)時(shí)經(jīng)聲程L傳播所需時(shí)間Ta：

Ta=L/(C-V)(2)由（1）和（2）可得

V=L/2(1/Tw-1/Ta)(3)

C=L/2(1/Tw+1/Ta)(4)式中：V為風(fēng)速,C為聲速,L為聲程

由（3）式可知，只要測(cè)出Tw和Ta，就能得到所要的風(fēng)速值和聲速值，進(jìn)一步可推算空氣溫度T=C2/20.067。

超聲風(fēng)速儀的就是通過(guò)先測(cè)量Tw和Ta，從而求出大氣的風(fēng)速和溫度超聲風(fēng)速儀測(cè)風(fēng)原理（二）GillR3，英國(guó)CSAT3，美國(guó)目前國(guó)內(nèi)外主要的超聲風(fēng)速儀IAP-1，中國(guó)IAP-2，中國(guó)UW，美國(guó)K-Probe，美國(guó)TR-61C，日本USA-1，美國(guó)Model81000，美國(guó)Lambert-Beer定律是吸收光度法的基本定律，表示物質(zhì)對(duì)某一單色光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)濃度和厚度間的關(guān)系。Li7500利用水汽和二氧化碳對(duì)紅外輻射吸收的波段不同可以同時(shí)觀測(cè)水汽和二氧化碳的摩爾濃度渦度相關(guān)法計(jì)算通量涉及的問(wèn)題1、湍流資料質(zhì)量控制和質(zhì)量保證資料質(zhì)量控制：查找野點(diǎn)、查找隨機(jī)脈沖、替換插值、去噪等質(zhì)量保證：振幅分辨率檢驗(yàn)、僵值檢驗(yàn)、高階統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)、平穩(wěn)性檢驗(yàn)、局地相似關(guān)系檢驗(yàn)等2、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3、通量修正：Webb修正、高頻修正、低頻修正等渦度相關(guān)法計(jì)算通量過(guò)程簡(jiǎn)單直接，但是難用好梯度法測(cè)算湍流通量

近地面層的通量廓線關(guān)系氣象要素廓線的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析處理與通量計(jì)算參考文獻(xiàn)：孫衛(wèi)國(guó)，貼地層通量與廓線關(guān)系的初步研究，南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，1992.~~~~~~~~微分形式的通量廓線關(guān)系無(wú)量綱化梯度函數(shù)通量廓線關(guān)系的應(yīng)用——從近地面層氣象要素廓線觀測(cè)確定湍流通量梯度法估算通量的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：用花錢(qián)少的慢速響應(yīng)傳感器就能測(cè)量到平均廓線，然后再?gòu)钠骄€中推導(dǎo)出通量。缺點(diǎn)：（1）通量和平均廓線之間的關(guān)系是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)化；（2）廓線形狀有時(shí)還受諸如粗糙度或零平面位移等因子的變化而變化；（3）因?yàn)椴捎媒貙酉嗨?，所以只能?jì)算地面通量；（4）對(duì)于城市這樣高度復(fù)雜的下墊面的地表通量，此時(shí)M-O相似理論是否成立還需要進(jìn)一步的研究，因此還能否使用梯度法估算通量也需要進(jìn)一步的研究。鮑恩比方法估算地表通量如果近地層中的Δq與Δθ的簡(jiǎn)單測(cè)量是用測(cè)桿上兩個(gè)不同高度上的傳感器進(jìn)行的，并且