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涡动相关仪对台风边界层通量观测的分析研究

涡动相关仪对台风边界层通量观测的分析研究

作者：顾佳楠中国气象科学研究院

学位级别：硕士

台风的发生发展很大程度上取决于台风自身（内部结构）与下垫面之间的复杂的动量,能量与物质输送,台风边界层内的通量是刻画这一物理过程的重要特征量。近年来,随着我国观测技术的进步与仪器的发展,诸如涡动相关仪等设备已在边界层的通... 详细信息

台风的发生发展很大程度上取决于台风自身（内部结构）与下垫面之间的复杂的动量,能量与物质输送,台风边界层内的通量是刻画这一物理过程的重要特征量。近年来,随着我国观测技术的进步与仪器的发展,诸如涡动相关仪等设备已在边界层的通量观测研究中得到较广泛的应用,中国气象局上海台风研究所（台风所,下同）也开展了台风边界层通量的观测试验,然而,涡度相关仪等观测数据的分析应用仍不很充分,亟需加强。本文利用台风所布设于三沙、平阳、平潭的4台涡动相关仪,在台风“利奇马”和“苏力”影响期间的观测数据,初步分析了台风影响期间的近地面气象要素变化及通量变化特征。分析结果显示:在台风影响前后,地面气象要素变化较为有序,近地面气象要素显示出海-陆风等局地效应,而通量的日际变化明显,每日均存在峰值和谷值的结构。台风影响期间,地面气象要素在短时间内出现了急剧的变化,动量通量在台风影响期间显示出“三峰”的结构。由动量通量衍生的摩擦速度随风速的变化,则以12 m/s为分界线,低于12 m/s风速情况下呈现出较为明显的正相关性,高于13 m/s风速时则逐渐转为持平甚至回落。拖曳系数则表现出随风速增大而持续减小的反比关系。能谱分析结果表明,峰值主要存在于0.00015 Hz和0.06 Hz的位置上,另有一位于0.001 Hz位置上的的较弱峰值。就对能量的贡献而言,大尺度系统占主导作用,中尺度系统与湍涡在能量贡献紧随其后。通过分尺度讨论发现,中尺度系统的动量贡献最大约占同时刻湍涡贡献的30%,是不可忽视的。热量通量在台风影响期间表现为感热通量受抑制、潜热通量发生了增长,同时两者均受到降水的影响,降水时刻感热呈负值、潜热通量会相应的出现高值,但在台风登陆时,受暖气团加热影响,感热通量依旧会呈现微弱的正值。本文是利用涡度相关仪实测资料对台风登陆期间近地层的通量特征的一次初步尝试,受样本数等的限制,所得结论的普适性等问题仍待积累更多资料和进一步研究以佐证。

关键词：通量热带气旋近地层涡动相关仪尺度分析

洱海湖滨农田下垫面大口径闪烁仪与涡动相关仪测量的湍流热通量对比分析

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高原气象 2017年第1期36卷 98-106页

作者：徐安伦李建彭浩孙绩华大理国家气候观象台大理671003 中国气象科学研究院北京100081 云南省气象科学研究所昆明650034

利用大理国家气候观象台大口径闪烁仪(LAS)和涡动相关仪(EC)在洱海湖滨农田下垫面的同步观测资料,比较分析了两种仪器测量湍流感热和潜热通量的差异特征。结果表明,LAS测得的湍流感热和潜热通量与EC测得的均有较高的相关性,相关系数分别... 详细信息

利用大理国家气候观象台大口径闪烁仪(LAS)和涡动相关仪(EC)在洱海湖滨农田下垫面的同步观测资料,比较分析了两种仪器测量湍流感热和潜热通量的差异特征。结果表明,LAS测得的湍流感热和潜热通量与EC测得的均有较高的相关性,相关系数分别为0.85和0.90。两种仪器测量结果差异均存在显著的昼夜和季节变化。昼夜变化表现为白天时段LAS的平均感热(潜热)通量比EC的偏小15.6 W·m-2(偏大94.6 W·m-2);夜间时段则相反,LAS比EC的偏大9.3 W·m-2(偏小40.6 W·m-2)。季节变化表现为湿季(5-8月、10月)LAS的平均感热通量比EC的偏小6.9 W·m-2,干季(4月)LAS的平均潜热通量比EC的偏小2.1 W·m-2,其他月份则相反,LAS比EC测得的感热(潜热)偏大5.7(18.1)W·m-2。

关键词：大口径闪烁仪涡动相关仪感热通量潜热通量

基于涡动相关仪的农田下垫面观测通量的变化特征分析

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南方农业 2016年第35期10卷 83-84页

作者：刘杨梅卢晓鹏马显莹云南省水利水电科学研究院 650028

利用2015-2016年姚安县涡动相关仪观测资料，在保证数据质量的基础上，分析了观测区通量交换特征。结果表明：感热和潜热通量全年都有相同的日变化特点，CO2通量仅在作物生长季节有明显的日变化特点，变化趋势与感热潜热通量变化特点相... 详细信息

利用2015-2016年姚安县涡动相关仪观测资料，在保证数据质量的基础上，分析了观测区通量交换特征。结果表明：感热和潜热通量全年都有相同的日变化特点，CO2通量仅在作物生长季节有明显的日变化特点，变化趋势与感热潜热通量变化特点相反；各通量受作物种类影响，季节变化明显，在生长季以潜热通量、CO2通量交换为主，其值在生长中期也明显高于生长初期和末期；受风、湍流条件、下垫面状况等共同影响，日尺度的观测通量差异最显著，季节尺度次之，年尺度最小。

关键词：通量观测涡动相关仪农田

大口径闪烁仪和涡动相关仪测量湍流感热和潜热通量的比较

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大口径闪烁仪和涡动相关仪测量湍流感热和潜热通量的比较

基于闪烁仪的热通量反演及MOD16产品校验

第32届中国气象学会年会

作者：徐安伦李建彭浩孙绩华大理国家气候观象台中国气象科学研究院云南省气象科学研究所

利用大理国家气候观象台大口径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)和涡动相关仪(Eddy-covariance System,EC)在洱海湖滨农田下垫面的同步观测资料,比较分析了两种仪器测量湍流感热和潜热通量的差异特征。结果表明,LAS测得的湍... 详细信息

利用大理国家气候观象台大口径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)和涡动相关仪(Eddy-covariance System,EC)在洱海湖滨农田下垫面的同步观测资料,比较分析了两种仪器测量湍流感热和潜热通量的差异特征。结果表明,LAS测得的湍流感热和潜热通量与EC测得的均有较高的相关性,相关系数分别为0.80和0.88。两种仪器测量结果差异s_LAS s_E

关键词：大口径闪烁仪涡动相关仪感热通量潜热通量

来源： cnki会议评论

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大气与环境光学学报 2024年第4期19卷 429-439页

作者：刘聪岳恒马昕龚威中国气象局气象探测中心北京100086 武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 武汉大学测绘遥感国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学电子信息学院湖北珞珈实验室湖北武汉430072

大孔径闪烁仪既能够用于区域地面热通量观测,也是测量卫星像元尺度地表热通量的有效工具,利用闪烁仪地表相对真值检验卫星产品的准确性对于卫星产品算法及观测方法改进至关重要。为初步解决卫星产品校验问题,选取河南鹤壁、内蒙古乌兰... 详细信息

大孔径闪烁仪既能够用于区域地面热通量观测,也是测量卫星像元尺度地表热通量的有效工具,利用闪烁仪地表相对真值检验卫星产品的准确性对于卫星产品算法及观测方法改进至关重要。为初步解决卫星产品校验问题,选取河南鹤壁、内蒙古乌兰察布两处闪烁仪测量站,基于近地面层相似性理论,结合观测气象信息对闪烁仪输出的折射率结构常数进行处理,利用迭代算法计算出感热、潜热通量,并以鹤壁地区涡动相关仪的测量结果作为参考进行准确性验证。进一步在乌兰察布地区利用闪烁仪数据对MOD16A2遥感蒸散发产品中的潜热通量数据进行了地面校验。结果表明闪烁仪的反演结果准确度高,同涡动数据相关性高,且与卫星像元尺度匹配,可以用作卫星产品的地面校验。

关键词：潜热通量大孔径闪烁仪涡动相关仪地面校验

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2013-2020年海河流域农田水热碳通量及气象要素观测数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2024年第1期9卷 207-216页

作者：徐自为刘绍民肖青柏军华朱忠礼北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室地理科学学部北京100875 中国科学院空天信息创新研究院遥感国家重点实验室北京100101

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象... 详细信息

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象要素数据组成,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量/蒸散发、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度等。本数据集经过了严格的处理和质量控制,可用于研究水库消涨对周边生态系统碳水等物质和能量的循环带来的影响,也可为相关遥感模型或过程模型等研究提供有力的数据基础。

关键词：涡动相关仪自动气象站大孔径闪烁仪蒸渗仪农田

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涡动相关仪观测数据的处理与质量评价研究

地球科学进展 2008年第4期23卷 357-370页

作者：徐自为刘绍民宫丽娟王介民李小文北京师范大学遥感科学国家重点实验室地理学与遥感科学学院北京100875 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

涡动相关仪能够较准确地直接测量地表—大气间的湍流交换,在世界范围内得到了广泛的应用。但它的使用是有条件限制的,如果不进行必要的修正,得到的通量就可能有较大的误差。以密云观测站一年的涡动相关仪观测数据为例进行分析。结果表明... 详细信息

涡动相关仪能够较准确地直接测量地表—大气间的湍流交换,在世界范围内得到了广泛的应用。但它的使用是有条件限制的,如果不进行必要的修正,得到的通量就可能有较大的误差。以密云观测站一年的涡动相关仪观测数据为例进行分析。结果表明:野点值剔除、坐标旋转以及超声温度订正对地表感热、潜热等通量的测量结果影响均在±1%之内,但坐标旋转对动量通量影响较大,必须对潜热和CO2通量进行空气密度效应订正;湍流谱在惯性副区基本满足-2/3次方定律,协谱基本满足-4/3次方定律。经过对观测数据的筛选和处理后,约75%的观测数据质量较好,2%的数据需要剔除。通量贡献源区分析表明,全天和白天均有超过70%的通量源区落在感兴趣区域内,超过90%的通量贡献最大点落在感兴趣区域内。

关键词：涡动相关仪湍流通量质量控制质量评价

涡动相关仪和大孔径闪烁仪观测通量的空间代表性

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高原气象 2009年第2期28卷 246-257页

作者：宫丽娟刘绍民双喜蔡旭辉徐自为北京师范大学遥感科学国家重点实验室/地理学与遥感科学学院北京100875 北京大学环境科学系北京100871

在对涡动相关仪和大孔径闪烁仪足迹模型进行敏感性分析的基础上,利用北京密云站2006年8月至2007年12月期间的观测资料,应用足迹模型对观测通量的空间代表性做了初步的分析。结果表明:涡动相关仪和大孔径闪烁仪的源区对风向、Monin-Obuk... 详细信息

在对涡动相关仪和大孔径闪烁仪足迹模型进行敏感性分析的基础上,利用北京密云站2006年8月至2007年12月期间的观测资料,应用足迹模型对观测通量的空间代表性做了初步的分析。结果表明:涡动相关仪和大孔径闪烁仪的源区对风向、Monin-Obukhov长度,空气动力学粗糙度和观测高度/有效高度等因子比较敏感。密云站涡动相关仪的源区白天主要分布在仪器的西南与南面,而夜间则在东北与北面。大孔径闪烁仪的源区为西南—东北向分布。涡动相关仪各月源区形状不同,但大致分布在南北长1000 m、东西宽850 m的范围内,而LAS各月源区为西南—东北向分布,长约2060 m,最宽处约为620 m。对涡动相关仪通量有贡献的下垫面主要为园地(67%)和耕地(19%)。其中园地的通量贡献比例在夏、秋季比较大,冬、春季稍小,而耕地则相反。大孔径闪烁仪的主要通量贡献源区为园地、耕地和居民地,通量贡献比例分别为49%,28%和11%。其中园地和耕地通量贡献率的变化趋势与涡动相关仪的观测结果一致,但没有涡动相关仪的变化明显。

关键词：涡动相关仪大孔径闪烁仪源区足迹

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涡动相关仪观测蒸散量的插补方法比较

地球科学进展 2009年第4期24卷 372-382页

作者：徐自为刘绍民徐同仁王介民北京师范大学遥感科学国家重点实验室地理学与遥感科学学院北京100875 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

涡动相关仪在长时间连续观测中，观测数据会有不同程度的缺失。应用6种不同的插补方法（平均昼夜变化法MDV，非线性回归方法NLR，动态线性回归方法DLR，查表法LUT，***方法，HANTS方法）对北京密云站2007年涡动相关仪观测蒸散量数据进... 详细信息

涡动相关仪在长时间连续观测中，观测数据会有不同程度的缺失。应用6种不同的插补方法（平均昼夜变化法MDV，非线性回归方法NLR，动态线性回归方法DLR，查表法LUT，***方法，HANTS方法）对北京密云站2007年涡动相关仪观测蒸散量数据进行了插补。结果表明：LUT方法在不同数据缺失时均得到较好结果（均方差小于8W／m^2）；MDV和NLR方法更适合于短时间数据缺失的插补；DLR和FAO—PM方法在观测数据出现连续波动时插补结果较差。由LUT、DLR、NLR、HANTS、FAO—PM方法得到的年蒸散量分别为395．8mm、409．9mm、393．5mm、390．7mm、399．4mm，差异在2．3～19．2mm之间变化。对比分析了LUT方法得到的年蒸散量（潜热通量）与净辐射、降水量以及LAS观测潜热通量间的变化规律，表明插补结果合理。

关键词：涡动相关仪蒸散量缺失数据插补方法