湍流通量计算及其不确定性研究的新进展
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主要作者：
M. Aubinet D. Papale C. Rebmann U. Rannik T. Vesala T. Foken A. Richardson R. Leuning, et al.
Main Chapters:
The Eddy Covariance Method Measurement & Site Design Data Acquisition & Flux Calcul. Corrections & Data QC Nighttime Flux Correction Data Gap Filling Uncertainty Quantification Footprint Analysis Eddy Covariance Meas. over Forest / Crops / Grasslands / Lakes / Urban Areas ... Database, Sharing, Collaboration
最新发布的软件强调：
涡相关方法通量观测与大气湍流本身的随机性、 多尺度性、涡动性、结构性等特征密切相关。
涡相关法通量计算分析软件
wk.baidu.com
涡相关法通量观测，在微气象学界早已成熟。湍流资料 的后处理方法在本世纪初已有国际标准推荐。但‘协调’ 和‘统一’尚未实现，新的软件仍在不断涌现。原因：
有关理论及资料处理（修正）方法十分复杂 ；一些具体方法仍在讨论 中； 全球通量站发展迅猛；各站的生态环境和仪器条件及资料类别多有不 同；绝大多数站的人员缺乏必要的微气象学基础； 已发布软件极少满足‘免费’和‘开源’两个条件；一些软件‘用户 不友好’，或存在过多缺陷（包括适用范围窄）。 免费+开源。后者对专业用户尤其重要。 较好的通用性：可处理不同类型的原始数据；可输出多种湍流统计量 及质量控制标志，资料格式易于交换。
例：Surface Layer Parameterization
Calculation of Fluxes
K theory
Resistance model
Bulk approaches
u a K m z T H a CP K h z
E a
a
e Kv P z
2
观测与模式
观测
目的：提供实际资料以加深过程理解，进而为 模式提供参数、参数化方案及验证依据。 挑战：观测资料可能并非真值；或并非最终需 要的参数值；或者，不是所关心尺度上有 代表性的值
系统 误差、随机误差及其它不确定性 与传感器及观测环境有关的 Fetch/ Footprint 问 题（代表性） 不同观测及数据处理方法之间的不一致性 不同站点的协调与资料共享问题等
观测与模式
模式
目的：将经验和局部认识上升为理论（更全面 的认识），包括时空扩展分析，以及预测， 适应性和决策应用研究等 挑战：模式总是某种简化从而是不完善的
理论上的局限与过程的缺失 不适当的输入参数与参数化方案 缺乏适当的检验 模式发展中的发散性和缺乏协调
模式与观测发展的非对称性（不协调性）
u z 2 u z1 ram T T H a C P z1 z 2 rah
a CDU 2
H a CPCHU ( s a )
E aCEU (qs qa )
E a
q z1 q z 2 raq
Km,h,E = Turbulent
ECPACK (U. Wag.) (2004) TK2 (UBT) (2004), TK3 (Apl/2011), TK3b (Nov/2011) EddySoft (MPI) (2007) EdiRe (U. Ed) (2004), EdiRe 1.5.0.29 (Aug/2011) APAK (U. Org) (2003) ECO2S (U. Tuscia) (2010, 2011) EddyPro (Li-Cor) (Apr/2011), EddyPro 4.0 (Apr/2012) EddyUH (U. Helsinki) (Sep/2011) ......
涡相关法通量计算分析软件
Kansas（1968）等经典实验的湍流资料处理 国内：中日合作黑河（1988-）及青藏高原（1996-）等实验的湍流 资料分析 1990年代中全球通量网（FLUXNET）等计划的实施，开创了涡相 关法推广/创新应用的新纪元 多个新软件推出，并不断更新：
湍流通量计算及其不确定性 研究的新进展
王介民
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
jmwang@lzb.ac.cn
Model-Data Fusion (MDF)
Reducing system variable differences between model and observations
J Wang 120420
涡相关方法
一个有60多年研究历史的老课题 一个不断发展与更新的新领域
湍流大气
地气间动量/热量/ 物质的通量交换直测
(G. Burba, 2007)
a u ' w '
H a CP w ' T '
E w ' w '
FC w ' C '
出版：2012年2月， by
diffusion coefficients
ram,ah,aq = Aerodynamic
resistances
CD,H,E = Bulk Transfer
coefficients
Challenge: Estimation of the coefficients and/or resistances Good news：Up-to-date observations, esp. the eddycovariance technique, provide more accurate fluxes as well as related parameters.
M. Aubinet D. Papale C. Rebmann U. Rannik T. Vesala T. Foken A. Richardson R. Leuning, et al.
Main Chapters:
The Eddy Covariance Method Measurement & Site Design Data Acquisition & Flux Calcul. Corrections & Data QC Nighttime Flux Correction Data Gap Filling Uncertainty Quantification Footprint Analysis Eddy Covariance Meas. over Forest / Crops / Grasslands / Lakes / Urban Areas ... Database, Sharing, Collaboration
最新发布的软件强调：
涡相关方法通量观测与大气湍流本身的随机性、 多尺度性、涡动性、结构性等特征密切相关。
涡相关法通量计算分析软件
wk.baidu.com
涡相关法通量观测，在微气象学界早已成熟。湍流资料 的后处理方法在本世纪初已有国际标准推荐。但‘协调’ 和‘统一’尚未实现，新的软件仍在不断涌现。原因：
有关理论及资料处理（修正）方法十分复杂 ；一些具体方法仍在讨论 中； 全球通量站发展迅猛；各站的生态环境和仪器条件及资料类别多有不 同；绝大多数站的人员缺乏必要的微气象学基础； 已发布软件极少满足‘免费’和‘开源’两个条件；一些软件‘用户 不友好’，或存在过多缺陷（包括适用范围窄）。 免费+开源。后者对专业用户尤其重要。 较好的通用性：可处理不同类型的原始数据；可输出多种湍流统计量 及质量控制标志，资料格式易于交换。
例：Surface Layer Parameterization
Calculation of Fluxes
K theory
Resistance model
Bulk approaches
u a K m z T H a CP K h z
E a
a
e Kv P z
2
观测与模式
观测
目的：提供实际资料以加深过程理解，进而为 模式提供参数、参数化方案及验证依据。 挑战：观测资料可能并非真值；或并非最终需 要的参数值；或者，不是所关心尺度上有 代表性的值
系统 误差、随机误差及其它不确定性 与传感器及观测环境有关的 Fetch/ Footprint 问 题（代表性） 不同观测及数据处理方法之间的不一致性 不同站点的协调与资料共享问题等
观测与模式
模式
目的：将经验和局部认识上升为理论（更全面 的认识），包括时空扩展分析，以及预测， 适应性和决策应用研究等 挑战：模式总是某种简化从而是不完善的
理论上的局限与过程的缺失 不适当的输入参数与参数化方案 缺乏适当的检验 模式发展中的发散性和缺乏协调
模式与观测发展的非对称性（不协调性）
u z 2 u z1 ram T T H a C P z1 z 2 rah
a CDU 2
H a CPCHU ( s a )
E aCEU (qs qa )
E a
q z1 q z 2 raq
Km,h,E = Turbulent
ECPACK (U. Wag.) (2004) TK2 (UBT) (2004), TK3 (Apl/2011), TK3b (Nov/2011) EddySoft (MPI) (2007) EdiRe (U. Ed) (2004), EdiRe 1.5.0.29 (Aug/2011) APAK (U. Org) (2003) ECO2S (U. Tuscia) (2010, 2011) EddyPro (Li-Cor) (Apr/2011), EddyPro 4.0 (Apr/2012) EddyUH (U. Helsinki) (Sep/2011) ......
涡相关法通量计算分析软件
Kansas（1968）等经典实验的湍流资料处理 国内：中日合作黑河（1988-）及青藏高原（1996-）等实验的湍流 资料分析 1990年代中全球通量网（FLUXNET）等计划的实施，开创了涡相 关法推广/创新应用的新纪元 多个新软件推出，并不断更新：
湍流通量计算及其不确定性 研究的新进展
王介民
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
jmwang@lzb.ac.cn
Model-Data Fusion (MDF)
Reducing system variable differences between model and observations
J Wang 120420
涡相关方法
一个有60多年研究历史的老课题 一个不断发展与更新的新领域
湍流大气
地气间动量/热量/ 物质的通量交换直测
(G. Burba, 2007)
a u ' w '
H a CP w ' T '
E w ' w '
FC w ' C '
出版：2012年2月， by
diffusion coefficients
ram,ah,aq = Aerodynamic
resistances
CD,H,E = Bulk Transfer
coefficients
Challenge: Estimation of the coefficients and/or resistances Good news：Up-to-date observations, esp. the eddycovariance technique, provide more accurate fluxes as well as related parameters.