通用风速廓线模型在山区森林的适用性

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作   者：

庞云超;  高添;  李秀芬;  肇同斌;  王兴昌;  李荣平;  于丰源;  曲胜麟;  滕德雄;  朱教君; 

作者机构：

中国气象局沈阳大气环境研究所;  辽宁省气象信息中心;  中国科学院沈阳应用生态研究所;  科尔森林痕量气体与同位素通量监测研发联合实验室;  沈抚育才实验学校;  沈阳农业大学; 

关键词：

莫宁-奥布霍夫相似理论;  零平面位移;  粗糙度长度;  适用性; 

期刊名称：

应用生态学报

i s s n：

1001-9332

年卷期：

2024 年 35 卷 003 期

页   码：

577-586

摘   要：

基于莫宁-奥布霍夫相似理论的解析方程(风速廓线模型)自20世纪70年代以来一直被用于平坦地形上的风速预测,成熟且准确,但在非平坦地形适用性尚不清楚.其适用性标志着对非平坦地形近地层空气动力学参数(如零平面位移高度及粗糙度)估计的准确性,将决定基于涡度协方差法计算碳水及痕量气体通量中频率修正及其源区分析的准确性.因此,风速廓线模型在非平坦地形的适用性评价是确认通量模型是否需要改进的前提.本研究利用辽东山区清原森林站科尔塔群测量三维风速数据,并与辽河平原盘锦农田站同类数据相比较,评估了以莫宁-奥布霍夫相似理论为基础建立的通用风速廓线模型在非平坦地形上的适用性.结果表明:通用风速廓线模型无法准确预测清原森林站3座通量塔所在地的风速,不适用于复杂地形.在非生长季和生长季,清原森林站3座通量塔实际观测与模型预测风速的决定系数(R2)为0.12~0.30,观测数据与预测值的标准误超过2m·s-1,模型风速约为实际观测风速的2.0倍,显著高估.然而,该模型可准确预测盘锦农田站平坦农田景观的水平风速,实际观测风速与模型预测之间的R2为0.90~0.93,观测数据与预测值之间的标准误仅为0.5 m·s-1.经F检验指出,非平坦地形风速观测值与预测值的均方根误差远大于平坦地形,其中,地形是影响通用风速廓线模型适用性的主要因素,其次是季节性(无/有叶期)因素.风速廓线模型在非平坦地形上不适用,原因是零平面位移被低估,或零平面位移和粗糙度均被低估,进而使空气动力高度估计不准.