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波文比一能量平衡方法
测定地表和大气物质与能量交换通量
的原理、仪器及其问题分析
s0802031
气象学
杨姝
内容提纲
1.波文比-能量平衡法的测定原理
2.波文比-能量平衡法的问题探讨
÷3.有关仪器介绍
1.波文比-能量平衡法的测定原理
1.1波文比的提出
波文比( Bowen ratio)是1926年英国物理
学家 Bowen Is在研究自由水面的能量平衡时
提出的。他认为,水分子的蒸发扩散过程与
同一水面向空气中的热量输送过程是相似的。
于是,他提出了波文比(β)的概念,即水面
与空气间的湍流交换热量(H
与自由水面向空气中蒸发水B=(1.1)
汽的耗热LB)之比
LE
1.波文比-能量平衡法的测定原理
1.2波文比-能量平衡方程的导出
根据能量守恒定律到达植物群体的净辐射
通量密度R可由下式表达:
RN=H+LE +Os+J+LA+ D
H:显热通量密度
LE:潜热通量密度;
Qs:土壤热通量密度
J:贮存在植物群体内的能量
uA:作物进行光合作用转变为化学能贮存在高级有
机化合物中的能量
D:向其他方向(主要指水平方向)移走或其他方向移
入的能量
z
N
R
R
D
HL
uA
H
上·
a
0
(b)
图为高度为Z,底面积为单位水平面积的气柱中,典型的白天能量通量密
度(H1为均一植物的高度)。(a):方程(1.2)中的输入项与贮存项;
(b):方程(1.2)中的输出项。
1.波文比-能量平衡法的测定原理
1.2波文比一能量平衡方程的导出
对各项分析的结果
◆R是支配项;
RN=H+LE +es(1.3)
μA很小,可以忽略;
一般情况下J也可忽略,
但日出日落时、果林和
森林中,不能忽略;
◆D难以估计,故往往忽略;
◆且、LB、Q3不能忽略
1.波文比-能量平衡法的测定原理
1.2波文比-能量平衡方程的导出
R
D
HA H+LE
近日出
±5
10
+3
8
中午+500±25+25+2+12+461
近日落
土15
5
2
3
午夜
50±10
25
2
3
20
表1植被上方典型的能量平衡(单位:瓦/米2)
1.波文比-能量平衡法的测定原理
1.2波文比一能量平衡方程的导出
由=(1.1)可得
KH:热量湍流交换系数
(14)
LE
Ka水汽湍流交换系数
RN=H+LE +es(1.3
R、-(15)
6:位温(用气温代替)
q:比湿
又知湍流扩散方程:
cp:空气定压比热
(16)
e:水汽压
P:大气压
SLE =-Lpk (1.7)
E=18/29
V:干湿球湿度计常数
将(1.617代入(11,设K=Kqp
L:水的汽化潜热
用差分代微分得
(1.8)
2波文比-能量平衡法的问题探讨
2.1优点
此方法不用求湍流交换系数K,便可得到湍流
通量。用空气动力学方法需求K值但是较难得
到且往往误差很大。能量平衡法避开了这
难点
在仪器及观测技术良好的条件下,β值越小
在(1+β)中所占的比重越大,(1+)的误差
就越小,最后结果越准确
只需两个高度的要素梯度观测值
2波文比-能量平衡法的问题探讨
22存在的问题
6R和Q的误差,在计算LE的过程中是累积的。
因△0和△e的符号可以相反,所以L的误差
范围可以是零到无穷大
波文比法在实际应用中,还存在着更为严重
的不足,用波文比法计算出的LE,可能与实
际方向相反
在应用波文比法时,有时会出现计算结果与
实际情况在数量级上相差很大
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