同时亦可以转换为:
(4)对于CO2通量(Qc)而言:
以上各式中,ρα为空气密度;CP为空气的定压比热;ū为平均风速;
为平均动量通量;H为显热通量;E为水汽通量;Qc为CO2通量;Km为对于动量的湍流交换系数;Kw为对于热量的湍流交换系数;Kc为对于水汽的湍流交换系数;Kc为对于CO2的湍流交换系数;z为垂直于地面的高度;
替,用来调整干绝热过程速率。至于接近地表的状况,并无多大意义,似可不必介意它。
以上所用的方程在形式上属于同一类型。还有另一种类型的公式描述各物理量在表面层中的垂直通量即质能传输的过程。这第二类公式是用浓度差的函数代替所使用的梯度。此时的基本系数称为对流传导系数,对应于第一类公式中的系数Kξ来说,是在整个垂直高度上的积分。对于动量而言,
τ=ραhmū=ρC0ū2 (16.25)
式中C0为表面拖曳系数;hm为动量传导系数。对于显热通量而言,
热量传导系数。对于水汽通量而言,
hw为水汽传导系数。
以上这一类表达,必然引导我们考虑在地表面与某一高度z之间空气中存在的所谓阻力,即阻力rξ(ξ代表不同的物理量)与传导系数hξ之间的关系为:
在此,读者可以参考英国学者蒙梯斯(Monteith)等的著述,以便更为详近地知悉hξ与kξ之间的关系。
上述两类方程,均包含着湍流与分子扩散的直接相似,而且这些方程与流体力学中所叙述的方程取相同的形式。尽管我们承认它们是有用的和合乎逻辑的,但是在表面层中的湍流运动,并不完全象分子运动那样,因此就必须从中研究二者的相似程度和适用范围。为了深入探讨湍流脉动特性(在测定上是十分困难的)和平均运动特性(比较容易测定)之间的关系,必须设法知道湍流脉动状况。在表面层中的湍流运动,已知是由随机的脉动附加于平均运动特性之上的,这可以或多或少地看成是相互隔离的空气包的混乱运动,当与其周围相混合时,这些空气包可以连续地产生和被破坏,并且携带着能量、水汽、热量、CO2等不同的物理量一道运动。当此种脉动运动发生在垂直方向上并有某种物理量的梯度存在时,空气包就在这种驱动力的作用下,从高浓度区带着多余的这种物质或能量离开,自动地朝向低浓度区传输,即移动到带有负值的梯度方向。这样一种过程的最终净结果,决定于有浓度梯度存在下的该种物理量的传输速率,它大大高于分子扩散的类似过程。很清楚,统计的总和必然会用以刻划这种同时存在的脉动所产生的总体效应。以风速为例,其平均速度为:
本文标题:地球表面层的扩散传输(2)
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