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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

1.1目的和意义

在气候预测与天气预报等全球尺度与中尺度模式以及污染模式、城市街道模式和大涡模拟等微尺度数值模式中，湍流通量是一个十分敏感的变量。粗糙度与零平面位移高度是表征下垫面特征的重要参数，影响着湍流的发生、发展以及湍流通量的准确测量。地面粗糙度即为粗糙长度（roughness length，z₀），从空气动力学的角度分析，由于地面并不是一个绝对的水平面，而是由高低起伏不同的各种地物构成的，所以将平均风速为零的几何高度，定义为地表粗糙度，该数值是表征表面粗糙程度的一个重要参数^[1]。零平面位移高度（zero plane displacement，d）是下垫面不均匀平坦，存在高密度冠层（如高楼，街谷，农田，森林等）的时候，相对较高的上层承受了绝大部分风的剪切力，下层表面却只承受了较小的剪切力，从而使得下垫面均匀情况下风廓线垂直上移了一段距离，即平均风速为零的位置由于下层和上层所受的风剪切力不同使其位置垂直上移了一段距离，而这个垂直上移距离就称之为零平面位移高度。通常情况下，d是z₀的6到8倍^[2]。而当下垫面没有起伏、均匀平坦、没有高密度冠层的时候，d=0，而z₀确一直存在^[3]。由此可以看出，地表粗糙度与零平面位移这两个参数不仅描述了地表变化对垂直风廓线的影响，也是准确量化下垫面与大气之间通量交换的重要参数，因此受到了国内外研究者的关注。^[4]

千烟洲亚热带常绿针叶林是我国亚热带地区典型的人工恢复的森林生态系统，该生态系统不仅有利于帮助人们研究人为干扰对森林生态系统及全球气候变化所起的作用，也有助于评价植被恢复对环境的影响^[5]。要了解植被恢复过程中碳水循环过程的变化，需要准确的通量观测，而该森林生态系统的粗糙度及零平面位移高度是准确开展通量观测的基础。本次研究将利用拟合迭代方法计算该森林生态系统粗糙度以及零平面位移高度，并分析该森林生态系统粗糙度及零平面位移高度的变化特征及其影响因素，从而为准确评价该森林生态系统的通量观测奠定基础。

2. 研究的基本内容

本次研究选择千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象，分析其空气动力学粗糙度和零平面位移高度的特征，主要研究内容包括：

1. 分析该森林生态系统风速及风向的基本变化特征；

分析该生态系统不同季节的风速变化特征以及该生态系统不同季节及全年的风向频率玫瑰图。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

4.1 实施方案

4.1.1研究地概况

亚热带常绿针叶林位于我国江西省泰和县的千烟洲生态试验站内，该站点位于我国亚热带红壤丘陵区（2644^′n，11503′e，110.8m）。该区域的年平均气温为17.9^℃，观测站11km²的范围内森林覆盖范围高达90%，年平均相对湿度为84%，年均降水量为1542.4mm，蒸发量为1110.3mm。主要树种有马尾松，湿地松和杉木三种。树高马尾松最高为16m，最低为3.9m，平均为10.5m、湿地松树高最高为20m，最低为4.7m，平均为12.6m、杉木树高最高为15m，最低为4m，平均为10.8m。总平均树高大概在12m左右^[17]。

4. 参考文献

[1] 吕悦来,李广毅. 地表粗糙度与土壤风蚀[j]. 土壤学进展, 1992, 20(6): 38-42.

[2] 张雅静, 申向东. 植被覆盖地表空气动力学粗糙度与零平面位移高度的模拟分析. 中国沙漠2008, (28): 21~26.

[3] 刘伟, 魏信,石文, 董文杰, 郑志远, 朱献, 韦志刚. 复杂地形条件下零平面位移和空气动力学粗糙度的计算. 热带气象学报, 2016, 8(36): 524~532.