落叶林内外湍流热通量垂直变异性研究

本刊推荐：本研究利用多高度观测数据，首次系统揭示了落叶林冠层内外温度方差（T′2￣￣）、运动学热通量（w′T′￣￣）及相关系数（RwT）的垂直分布特征，发现冠层顶部在生长季初期和末期出现峰值现象，为改进山地森林区域地表层参数化方案（SL）提供了关键观测依据。

　　

Highlight

研究首次揭示落叶林冠层内外湍流热通量的垂直分布如何随季节和环境气象条件变化，发现冠层顶部在生长季始末出现温度方差（$\stackrel{￣￣}{{T^{\prime }}^2}$）和运动学热通量（$\stackrel{￣￣}{w^{\prime }{T}^{\prime }}$）峰值现象，西北气流下通量值显著增强，且最不稳定大气条件下热传输效率（$R_{wT}$）达到最高。

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为实现研究目标，我们使用了2016全年在美国田纳西州栗树岭（海拔371米）60米气象塔的观测数据。该站点属于NOAA地表能量平衡网络（SEBN）和AmeriFlux（站点ID：US-ChR），周围树木平均高度25±3米，主要树种为橡树和山胡桃木。

Characterization of within- and above-canopy turbulence structures

通过数据质控流程，我们计算了垂直风与温度的标准化相关系数$R_{wT}$（公式1），该系数是表征湍流混合效率的关键指标。式中${\sigma }_w$和${\sigma }_T$分别表示垂直风速（w）和温度（T）的标准差。

Diurnal variability in turbulent heat fluxes

通过对比无叶期（1月）和冠层郁闭期（7月）发现：1月冠层1.2倍高度处的$\stackrel{￣￣}{T^{{}^{\prime }2}}$最大值为0.25 K²，而7月同期高度值达0.75 K²，且日变化幅度显著增大。运动学热通量$\stackrel{￣￣}{w^{\prime }{T}^{\prime }}$在冠层顶部（1.0h_c）呈现午后单峰特征，而无叶期昼夜差异较小。相关系数$R_{wT}$在冠层内普遍低于冠层上方，表明冠层结构对热传输效率产生抑制作用。

Conclusions and outlook

研究证实湍流热通量在冠层顶部形成显著峰值，$\stackrel{￣￣}{{T^{\prime }}^2}$与风速关系不稳定，而$\stackrel{￣￣}{w^{\prime }{T}^{\prime }}$与风速呈负相关。西北风向下降量值最大，极不稳定大气条件下通量最强。该发现对改进天气预报模型中的地表层参数化方案具有重要价值。