湍流梯度法

空气动力学方法是指通过描述近地层气流的动力学特性，来解释各种能量和物质输送物理过程的微气象学方法。它的基本假设是在近地层中能量或物质的输送与其物理属性的梯度成正比，其比例系数(即湍流交换系数，K)受大气层结条件、气流垂直切变等影响湍流的外因参数的制约。由于这种方法是通过气象要素的垂直分布来计算各种湍流通量，因此又叫作通量-廓线方法或通量-梯度方法，简称为垂直梯度法(vertical gradient method,VG)或者梯度法。

简介空气动力学方法是指通过描述近地层气流的动力学特性，来解释各种能量和物质输送物理过程的微气象学方法。它的基本假设是在近地层中能量或物质的输送与其物理属性的梯度成正比，其比例系数(即湍流交换系数，K)受大气层结条件、气流垂直切变等影响湍流的外因参数的制约。由于这种方法是通过气象要素的垂直分布来计算各种湍流通量，因此又叫作通量-廓线方法或通量-梯度方法，简称为垂直梯度法(vertical gradient method,VG)或者梯度法。1

基本原理梯度法是利用两个高度或两个以上高度测定的风速、气温、湿度和其他气体物质浓度的差求算物理量的湍流输送量。因此用梯度法测定通量时，至少需要在两个高度设置风速计和温、湿度计，并设置对象气体的浓度分析仪(或吸入口)。因为两高度的风速、气温和物质的浓度差一般很小，所以要求观测仪器的精度很高，风速、气温和水汽压的误差很小。1

优缺点总体而言，与涡度相关技术相比，梯度法物理概念简明，理论成熟，且使用方便，只需要不同高度的常规气象要素的观测资料，就可以进行长期的热量、水汽、CO2以及其他痕量气体的通量计算与研究，因此在仪器的测定精度、观测成本与仪器操作等方面的要求较低，成为近地面层湍流通量观测中常用的技术。但梯度法也存在几方面的问题，首先，如何在非理想大气层结条件下计算通量。例如有研究表明，当风速与不同高度水汽压差小于2.0 m·s-1与0.5 hpa时，利用梯度法所观测的显热与潜热通量的相对误差迅速增大(刘树华等，1999)。其次，梯度法需要在不同高度上进行廓线梯度观测，这使其适用范围受到限制，比如在水面上的观测。1

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学