西双版纳热带季节雨林大气稳定度特征

法） ； 另一类则需要边界层气象观测资料， 如理查逊 数法、 XD5758>NY3DO 法等 （ 曹文俊和朱汶， "**( ； 毕 雪岩等， $((% ， $((# ） 。 国内外众多学者对大气稳定度分类做了研究， "*,$ ； ‘=V75， 提出了十几种稳定度分类方法 （ 1DRL4=， "*,* ； 徐大海和俎铁林， "*)% ； 李爱珍， "**, ） ， 对不同 分类方法进行了比较 （ +4L4T7@5， "*)( ； XD3@5 a +7L8 L7U<7， "**) ） ， 对稳定度分布特征进行了分析 （ 李琼 等， "**’ ； 毕雪岩等， $((# ） 。采用不同稳定度分类标
换， 最后得到 ./ 8$# 平均通量数据。供分析的基础 （ 张一平等， 0//9 ） 。选取了 数据均为 ./ 8$# 平均值 0//. 年 + 月 + 日至 0//2 年 +0 月 .+ 日的观测数据， 对 0 种方法计算的大气稳定度的特征进行分析。 $" 计算方法 在 !"#$#%&’()"* 相似理论中， 认为决定近地层 湍流 交 换 有 . 个 外 部 因 素， 即显热通量参数 （ ’ $ !( ) ） ； 湍流 摩 擦 应 力 （ "/ * + ! 0 ! ） 和浮力系数 （ , $ -） 。通过因次理论分析， 得出唯一速度尺度、 湍 流温度尺度 （ -! ） 和长度尺度 （ !） ， 表达式如下：
% 为观测高度； ! 为湍流混合的垂直尺度； -! 式中： 为湍流温度尺度； + ! 为速度尺度； -/ 为垂直风速和 超声温度的协方差； & 为零平面位移； 0 为卡曼常数 （ * /; 9 ） ； , 为重力加速度 （ * ,; - 8・Q R0 ） ； % $ ! 是大 气稳定度参数， 是表征大气稳定度状态的参数。 理查逊数可以用作判断大气动力稳定性的指 标， 其值通过温度， 风速等常规气象资料计算得到， 气温梯度和风速梯度可由对数内差公式比较精确的 确定， 即： #0 . #+ "# * %0 "# #1・D# %+ 20 . 2+ "2 * %0 "# #1・D# %+ （2）

"， #
（ " 中国科学院西双版纳热带植物园，昆明 ’#($$% ；$ 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 "(("(" ；% 中国气象局北京城 市气象研究所，北京 "((()* ；& 云南省建筑材料科学研究设计院，昆明 ’#($$" ；# 中国科学院研究生院，北京 "(((%* ）
摘! 要! 利用 $((% —$((# 年西双版纳热带季节雨林林冠上方的常规观测资料和涡度相关 观测资料， 对树冠边界层的大气稳定度频率分布进行了分析。分别计算了近地层尺度参数 和理查逊数， 并根据结果对大气稳定度类型进行了划分， 分析了大气稳定状态的时间变化， 对 $ 种方法得到的结果进行了对比分析， 结果表明： $ 种不同方法计算的稳定度变化趋势是 一致的， 但不同状态出现频次有所不同； 相对于近地层尺度参数法， 理查逊数法计算的大气 稳定度季节变化和年际变化均较明显， 而近地层尺度参数法则未表现出明显波动。 关键词! 大气稳定度；频率分布；近地层尺度参数；理查逊数；热带季节雨林 中图分类号! +"’,! 文献标识码! -! 文章编号! "(((.&)*( （ $(() ） (".("%(.(# !"#$#%&’$()&(%) *+ #&,*)-"’$(% )&#.(/(&0 #& &"’ .*123#$0 *+ #&,*)-"’$’4&$*-(%#/ )’#)*2#/ $ $#(2+*$’)& %#2*-0 (2 5()"1#26.#22# *+ 7*1&"8’)& !"(2#9 /-01 2345"， ，26-01 /78975:" ， $ " "， # $ /; 1<78=<7 ， +>01 ?75:83@7 ， 1-> A<8B75: ， +;0 C7@D8B75 ， E>; A<58F7@% ， 26-> # " （ !"#$%&’()&’’& *+,-".&/ 0,1&’". 2&+34’ ，5$"’4#4 6.&3478 ,9 +3<@5:8G<& ，H-0 2345:83D5:"， :."4’.4#，;%’7"’( ’#($$% ，5$"’&；$ <’#1"1%14 ,9 24,(+&-$". :."4’.4# &’3 =&1",’&/ >4#,%+.4# >4? #4&+.$ ，5$"’4#4 6.&3478 ,9 :."4’.4#，04"@"’( "(("(" ，5$"’&；% <’#1"1%14 ,9 A+)&’ B414,+,/,(8， & 5$"’& B414,+,/,(".&/ 637"’"#1+&1",’， 04"@"’( "((()* ， 5$"’&； C%’’&’ 0%"/3"’( B&14+"&/# 6.&34? # 78，;%’7"’( ’#($$" ，5$"’&； 2+&3%&14 A’"D4+#"18 ,9 1$4 5$"’4#4 6.&3478 ,9 :."4’.4#，04"@"’( "(((%* ，5$"’&） E 5$"’4#4 F,%+’&/ ,9 G.,/,(8 ， $(() ， :; （"） ： "%(."%&I <.)&$#%&：J@K4L D5 M34 =D<M754 DNK4=O@M7D5 L@M@ @5L 4LLP QD==4R@M7D5 L@M@ 75 $((% .$((# ，M37K 9@94= @5@RPS4L M34 T=4U<45QP L7KM=7N<M7D5 DT @MBDK934=7Q KM@N7R7MP @M M34 ND<5L@=P DT @MBDK934=48 M=D97Q@R K4@KD5@R =@75TD=4KM Q@5D9P 75 C7K3<@5:N@55@ DT +D<M3V4KM W375@I H34 @MBDK934=7Q KM@N7R8 @5L M34 =4K<RMK K3DV4L 7MP V@K 4KM7B@M4L NP XD5758>N<Y3DO R45:M3 @5L J<RY Z7Q3@=LKD5 5<BN4= ， M3@M M34 Q3@5:4 9@MM4=5 DT M34 KM@N7R7MP 4KM7B@M4L NP M34 MVD 9@=@B4M4=K 3@L @ K7B7R@= M=45L，N<M M34 DQQ<==45Q4 T=4U<45QP L7TT4=4L V7M3 @MBDK934=7Q QD5L7M7D5KI H34 @MBDK934=7Q KM@N7R7MP 4KM78 B@M4L NP J<RY Z7Q3@=LKD5 5<BN4= 4F37N7M4L BD=4 TR<QM<@M7D5K 75 L7TT4=45M K4@KD5K @5L P4@=K， QDB9@=4L V7M3 M3@M 4KM7B@M4L NP XD5758>N<Y3DO R45:M3I =’0 8*$3)：@MBDK934=7Q KM@N7R7MP；T=4U<45QP L7KM=7N<M7D5；XD5758>N<Y3DO R45:M3；J<RY Z7Q38 @=LKD5 5<BN4=；M=D97Q@R K4@KD5@R =@75TD=4KMI ! ! 在大气湍流扩散问题中， 常用大气稳定度作为 反映湍流状态、 扩散速率强弱的主要指标。如何客 观、 合理地确定大气稳定度是长期以来人们一直研 究的问题。按照对资料的要求， 主要分为两类， 一类 是利用常规资料划分， 如 _@KU<7RR8H<=54= 方法 （ _8H
杨S 振等： 西双版纳热带季节雨林大气稳定度特征
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准对分类结果的影响往往比采用不同近地层尺度参 数更大。对于在理论和应用中常用的近地层尺度参 数— — —!"#$#%&’()"* 长 度（ ! ） 、总 体 理 查 逊 数 （ " $’ ） ， 还没有统一的稳定度分类标准 （ 陈 泮 勤， +,-. ； 曹文俊和朱汶， +,,/ ； 范绍佳等， +,,, ； 殷达中 和洪钟祥， +,,, ； 靳建军和雷思维， 0/// ） 。 本文利用的中国科学院西双版纳热带森林通量 观测站的 观 测 数 据， 计算得到近地层稳定度参数 （ # $ !） 和理查逊数 （ " $’ ） ， 对 0 种方法计算得到的森 林冠层上大气的稳定状态特征进行了对比分析。 !" 研究地区与研究方法 !# !" 自然概况 观测样地位于热带雨林北缘的云南省西双版纳 州勐腊县 境 内 的 国 家 级 自 然 保 护 区 内 （ 0+1 234 5、 +/+1+046， 海拔 327 8） 。该地区终年受西南季风影 响， 干湿季节变化明显 （ 张一平等， 0//9 ） 。分为雾 凉季 （ ++ —0 月） 、 干热季 （ . —9 月） 和雨季 （ 2 —+/ 月） （ 张克映， +,77 ） 。观测样地所在的热带季节雨 林距中国科学院西双版纳热带雨林生态系统定位研 究站的直线距离约 - (8， 林分平均高度约 .2 8， 郁 闭度 ,/: ， 结构复杂， 分层现象明显， 藤本及附生植 物丰富， 板根及茎花现象显著 （ 任 泳 红 等， +,,, ） 。 研究样地的粗糙度 （ %/ ） 昼间为 /; ,+ < +; 2+ 8， 夜间 为 +9; 77 < 0+; +. 8； 零平面位 移 & 值 范 围 昼 间 为 .0; 9 < ..; 0 8， 夜间为 +2; / < 0/; + 8 （ 张 一 平 等， 0//7 ） 。 !# $" 观测仪器和资料处理 三维瞬时风速和温度及其脉动由安装在 9-; （ =>?@ . ， =A8B% 8 高处的三维超声风速温度测定仪 ’CDD） 测量。=>?@ . 安装在铁塔 （ 3/ 8 ） 的逆风向， 这样受流场变形的影响较小。观测样地处于西南季 风区， 将探头固定于与正北的夹角为 0+/1 的 . 8 长 的铁臂支架上。仪器安装高度略高于树冠高度， 且 位于近地层内， 高于粗糙长度而小于边界层深。 数据采集和控制系统是自动的， 可以长时间监 测。数 据 采 集 系 统 包 括 2 个 数 据 采 集 器 （0 个 =E2/// ， 0 个 =E+/F， + 个 =E0.F， =A8B’CDD ） ， 数据 采集器通过同轴网络 （ !G, ） 与计算机连接， 从而可 获得原始数据。原始数据的记录和实时计算均由系 统软件 H"IICJ#CK （ =A8B’CDD） 完成。本文对 +/ LM 原 始数据采用常用的坐标变换法 （ 自然风系统 . 次旋 转， @J$BDC%J"KAK$"# K$DKCN ） 进行校 正， 并 进 行 OPH 变