湍流物质能量输送

在植物群落附近由于风速梯度而形成各种大小的涡旋气团，气团的不规则运动就形成湍流，在湍流运动过程中，对热量、水和二氧化碳等物质进行输送。在近地层，湍流引起的空气运动通过混合输送动量、热、水汽和二氧化碳等物质，即通过湍流把具有某种性质的(特定的风速和温、湿度)的空气从一个地方运送到另一个地方，与那里的空气进行混合同时，把具有不同性质的空气从另一个地方运送到这里，与这里的空气混合实现物质的传输。湍流具有使空气混合，性质均一的作用，通过这种混合把动量、热量、物质等从高值区向低值区输送，这一现象就称之为湍流扩散(turbulent diffusion)。在单位时间通过单位面积的垂直方向输送的动量、热和物质的量称为通量(flux)或者通量密度(flux density)。

简介在植物群落附近由于风速梯度而形成各种大小的涡旋气团，气团的不规则运动就形成湍流，在湍流运动过程中，对热量、水和CO2等物质进行输送。在近地层，湍流引起的空气运动通过混合输送动量、热、水汽和CO2等物质，即通过湍流把具有某种性质的(特定的风速和温、湿度)的空气从一个地方运送到另一个地方，与那里的空气进行混合同时，把具有不同性质的空气从另一个地方运送到这里，与这里的空气混合实现物质的传输。湍流具有使空气混合，性质均一的作用，通过这种混合把动量、热量、物质等从高值区向低值区输送，这一现象就称之为湍流扩散(turbulent diffusion)。在单位时间通过单位面积的垂直方向输送的动量、热和物质的量称为通量(flux)或者通量密度(flux density)。1

二氧化碳输送对于CO2的输送而言，因白天植物进行的光合作用吸收同化CO2，因而冠层及其内部CO2浓度低，冠层上部CO2浓度高，于是当起源于上部的高浓度的湍涡与起源于下部的低浓度的湍涡进行交换时，湍流向下输送CO2，此时的CO2的湍流通量一般记为负值，表示植物吸收CO2。夜间由于植物和土壤的呼吸作用使冠层内CO2浓度升高，湍流向上输送CO2通量记为正值，表示生态系统向大气释放CO2。1

水汽输送对于水汽的输送而言，在无雨的情况下，白天植被蒸腾和土壤蒸发释放出大量的水汽，因而冠层及其内部湿度较大，于是当起源于上部的低比湿湍涡与起源于下部的高比湿湍涡进行交换则湍流向上输送水汽，水汽的湍流通量为正值；在夜间，水汽主要来源于土壤的蒸发，冠层及其内湿度的高值区，故此时的水汽通量也为正值于夜间温度较白天低，如果冠层及其内部达到饱和，就会发生水汽凝结的现象，所以也常有水汽通量为负值的情况发生，但这种情况在干燥地区不是很常见，即使出现其数值也很小，而在水分比较充足，特别是雨后的森林其数值会很大。1

热量输送白天下垫面受热升温，冠层及其内部温度高于冠层上部的温度，空气受热膨胀上升，而上部的冷的湍涡向下运动，实现显热的湍流交换，因此白天的显热通量为正值。在夜间，下垫面强烈辐射降温，特别是在冠层的某个高度上，温度达到极小值，此处至会出现逆温。在这种情况下，冠层及其内部温度为低值区，其上的气温为高值区，上下湍涡交换的结果表现为显热通量为负值，热量由高层大气向下垫面输送。夜间如没有逆温出现，则在冠层附近温度梯度也将大大地削弱，正的显热通量也不会很大。因此，夜间的显热通量无论出现正负，其绝对值都要比白天的通量小一个量级左右。

以上分析的三个物理量都是在有覆被下的一般情形。对于无植被覆盖或仅有低矮植被覆盖，环境条件发生变化以及其他物理量的湍流输送过程来说，通量湍流输送的结果是向上还是向下，量级是多少，还要放在特定的环境下具体分析。1

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学