研究边界层湍流特征的重要指标-边界层热通量

背景信息

边界层热通量是研究边界层湍流特征的重要指标， 对天气气候预报、水循环过程分析、农业和水资源管理等意义重大。闪烁仪 (Scintillometer) 广泛应用于大尺度范围、（非）均匀下垫面条件地表环境热通量观测，测量平均显热通量、潜热通量，相比于传统单点式测量方法，闪烁仪测量范围通常为几百米到几千米范围，因此使得区域热通量监测成为可能。

仪器原理

一束光在大气中传播，由于空气密度变化，空气折射率改变，光信号被削弱。闪烁仪测量的即是光强度的波动。发射仪和接收仪相隔一定的距离（几百米到几千米）分开放置，距地面有一定的高度（几米到几十米）。发射仪发射一定（近红外、微波等）波长的波束，在大气中传播。接收仪接收受到光程路径上受到温度、湿度和气压波动影响的光信号，并用折射系数结构参数（Cn2）表示。Cn2表征了大气的湍流强度，而大气的湍流强度决定了输送热量、水汽等标量的能力， 再根据相似理论即可计算出显热通量和潜热通量（直接计算或间接计算）。

系统组成

荷兰Kipp & Zonen公司推出的LAS Mk II大孔径闪烁仪（Large Aperture Scintillometer）， 发射波长为近红外波段（850 nm），在此波长下，闪烁仪主要对由于大气中温度引起的波动较为敏感，因此可有其计算100 m至4.5 km范围内的平均感热通量。

德国RPG公司推出的MWSC 160微波闪烁仪，发射波长为毫米（mm）波段，此波长对于大气中温度和水汽的波动较为敏感，因此在结合LAS使用的情况下，可以获得在同一路径下的显热和潜热通量。

这种直接获得感热通量和显热通量的方法又称为双波长闪烁仪法，英文名称为Optical-Microwave Scintillometer， 即OMS系统。

技术优势

可输出参数大气折射率 Cn2，是研究边界层湍流特征的重要指标

单独使用LAS Mk II，可直接测量感热通量 (H)

LAS Mk II结合MWSC 160，可直接测量感热通量 (H)以及潜热通量(LvE)

加装气象站设备，同时测量风速、温度和大气压力值等

测量参数可应用于农业、气象、水文、天气预报、能量平衡等领域

应用领域

灌溉

水资源管理

水文

森林火灾预警

天气预报

能量收支平衡研究

主要技术参数

应用实例