榮星星，王鶴松**，褚建民，艾金龍

（1.北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院，北京 100083；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所/國家林業(yè)和草原局林木培育實驗室，北京 100091；3.益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物與信息工程系，益陽 413049）

近地層與大氣間的水汽和顯熱交換對區(qū)域乃至全球變化都有重要影響，精準(zhǔn)獲取上述地表通量的觀測數(shù)據(jù)有助于加深對陸氣間相互作用的理解以及氣候變化相關(guān)研究的開展[1-7]。渦動相關(guān)儀（EC）和大孔徑閃爍儀（LAS）是常用的地表通量觀測方法，為遙感模型和過程模型的參數(shù)標(biāo)定和結(jié)果驗證提供了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)[8-19]。然而，EC 與LAS 源區(qū)的范圍相差較大，其中EC 為百米級，而LAS 為公里級[20-22]，導(dǎo)致二者的觀測值之間存在一定差異。這種差異潛在地增加了通量數(shù)據(jù)在使用中的不確定性，也增加了地表通量尺度擴(kuò)展的誤差。為此，需要開展地表通量源區(qū)變化特征的分析，研究二者源區(qū)分布的差異對觀測結(jié)果產(chǎn)生的影響。

地表通量源區(qū)的空間分布可以通過足跡模型得到，目前主要的足跡模型有解析模型[23-25]、拉格朗日模型[26-28]以及大渦模擬模型[29-30]等。其中，解析模型建立在諸多假設(shè)之上，理論上比較適用于水平均質(zhì)的下墊面，解析模型中的 KM (Korman & Meixner)模型[25]和FSAM (Flux-Source Area Model)模型[31]常被用來研究森林、草地等不同下墊面的通量源區(qū)；拉格朗日模型可以正確反映非均勻湍流的擴(kuò)散，但物理機(jī)理較為復(fù)雜；大渦模擬模型因其不適合長時間序列通量數(shù)據(jù)的計算，應(yīng)用相對較少。相比之下，解析模型更適用于均質(zhì)地表，且物理意義明確、計算機(jī)理簡單。

此外，通量源區(qū)還會受到觀測對象高度、風(fēng)速、風(fēng)向以及大氣穩(wěn)定度等因素的影響而產(chǎn)生時間上的變化。劉郁玨等[32]基于城市下墊面研究了不同高度下（8m、16m 和47m）通量源區(qū)的分布范圍，發(fā)現(xiàn)8m和16m高度上的觀測結(jié)果不能完全代表城市下墊面通量貢獻(xiàn)區(qū)，47m 以上則可以代表城市下墊面。Rogiers 等[33]通過KM 模型對瑞士阿爾卑斯山的碳通量來源進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)白天主風(fēng)向是西北風(fēng)，碳通量來源于草地，而夜晚主風(fēng)向是東南風(fēng)，碳通量來源于牧場。馮俊婷等[34]基于北京地區(qū)冬小麥通量數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，大氣穩(wěn)定條件下的源區(qū)范圍比不穩(wěn)定條件下更大，魏遠(yuǎn)等[35]在岳陽地區(qū)的通量源區(qū)研究也得出類似結(jié)論。但上述研究大多集中在通量源區(qū)變化特征的分析上，還缺少不同觀測方法之間源區(qū)分布的對比分析，導(dǎo)致目前對不同儀器觀測結(jié)果之間的差異還存在認(rèn)識上的不足。

民勤綠洲荒漠過渡帶位于中國西北干旱區(qū)的石羊河流域下游，該地區(qū)常年干旱，水資源匱乏，降水對于該地區(qū)極為重要，是綠洲荒漠生態(tài)系統(tǒng)稀疏自然植被水分補(bǔ)給的主要來源。開展水分與能量的觀測研究，通過EC 和LAS 的觀測獲得通量地面數(shù)據(jù)，分析該地區(qū)的能量和水分的分配規(guī)律，將有助于加深對綠洲荒漠生態(tài)系統(tǒng)水熱交換過程的認(rèn)識。因此在研究區(qū)開展EC 和LAS 通量源區(qū)分布特征的研究，將有助于進(jìn)一步提高地表觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量并降低地表通量尺度擴(kuò)展研究中的不確定性。

綜上，本研究以民勤綠洲荒漠過渡帶EC和LAS的通量數(shù)據(jù)為例，選取解析模型來計算通量源區(qū)，分析非生長季和生長季不同大氣穩(wěn)定條件下二者通量源區(qū)的變化特征及其對觀測通量的影響。在對通量源區(qū)變化特征認(rèn)識的基礎(chǔ)上提出科學(xué)假設(shè)：EC和LAS 通量源區(qū)的一致性程度決定了二者觀測結(jié)果的差異，即EC 和LAS 通量源區(qū)的重疊程度越高，二者觀測到的顯熱值就越接近。本研究有望為不同空間尺度下地表通量數(shù)據(jù)間的尺度轉(zhuǎn)化提供方法學(xué)的參考，為更有效地使用地面觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)的校驗提供支持，從而推進(jìn)陸氣相互作用研究的發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅民勤治沙綜合試驗站（簡稱民勤站），地理坐標(biāo)38.58°N，102.98°E。該區(qū)域?qū)儆跇O端干旱區(qū)，氣候類型為溫帶大陸性氣候，夏秋季盛行東南風(fēng)，冬春季盛行西北風(fēng)，極端高溫達(dá)41.0℃，極端低溫則低至-30.8℃。年均降水量約115mm，且大部分集中在5-10月。在研究區(qū)內(nèi)梭梭人工林的上方架設(shè)EC 和LAS，并輔助以氣象觀測儀器，具體信息見表1。LAS 發(fā)射端與接收端相距約860m，其中EC 距LAS 發(fā)射端約360m（圖1）。二者觀測的主要植被為梭梭人工林，此外還有白刺、沙拐棗等，平均植被高度約2.46m，植被覆蓋度約15%[36-38]。

圖1 研究區(qū)內(nèi)渦動相關(guān)儀EC 和大孔徑閃爍儀LAS 的位置Fig.1 The location of the study area and observation of eddy covariance(EC) and large aperture scintillometer(LAS)

表1 EC、LAS 以及氣象站觀測儀器介紹Table 1 Introduction of EC，LAS and meteorological observation instruments

1.2 觀測數(shù)據(jù)處理

選取非生長季（2020年2-3月）和生長季（2020年7-8月）的EC 和LAS 原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和篩選。其中EC 數(shù)據(jù)主要包括風(fēng)速、風(fēng)向、莫寧奧布霍夫長度、側(cè)向風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差、摩擦風(fēng)速、感熱通量、飽和水汽壓差以及水汽密度等。EC 原始數(shù)據(jù)采集頻率為10Hz，將EC 高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理可得到30min 的EC 觀測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的后處理通過高性能的數(shù)據(jù)采集器在線運算完成，主要包括坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、異常值剔除、超聲溫度校正和WPL 密度校正等。同時，還根據(jù)大氣穩(wěn)定度、湍流等情況綜合評價并劃分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量。對由于降水、霧等影響到紅外氣體分析儀正常工作的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，并對2h 內(nèi)缺失的數(shù)據(jù)采用線性內(nèi)插值法進(jìn)行插補(bǔ)[38]，超過2h 的則保留空缺。LAS 采集的原始數(shù)據(jù)為空氣折射指數(shù)系數(shù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采樣頻率為每分鐘一次，經(jīng)過對的檢查、穩(wěn)定度判斷以及普適函數(shù)的選擇等處理，輸出30min 的LAS觀測數(shù)據(jù)[21]。本研究主要選取風(fēng)速、風(fēng)向、莫寧奧布霍夫長度、側(cè)向風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差和摩擦風(fēng)速等數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)，之后運行KM 解析模型進(jìn)行通量源區(qū)的運算。

1.3 通量源區(qū)計算方法

1.3.1 EC 通量源區(qū)的計算

通量源區(qū)是指上風(fēng)向某區(qū)域的貢獻(xiàn)占總貢獻(xiàn)的百分比。源區(qū)重疊面積指EC 和LAS 在某一貢獻(xiàn)源區(qū)下（如80%源區(qū)）重疊區(qū)域的面積。在不同大氣穩(wěn)定條件下，通量源區(qū)的分布會存在差異。本研究基于KM 解析模型，通過近地層風(fēng)速廓線、湍流擴(kuò)散系數(shù)廓線以及近地層相似理論等來計算通量源區(qū)（圖2）。

圖2 通量源區(qū)示意圖（引自Schmid, 1994[23]）Fig.2 Schematic diagram of flux source area (from Schmid, 1994[23])

通過近地層風(fēng)速廓線、湍流擴(kuò)散系數(shù)廓線以及近地層相似理論導(dǎo)出通量足跡的解析解，假設(shè)近地層的平均風(fēng)速和湍流擴(kuò)散系數(shù)K(z)都可以用冪指數(shù)形式來表示[39-40]，即

式中，U 和α 是常數(shù)，風(fēng)速擴(kuò)散指數(shù)m 和湍流擴(kuò)散指數(shù)n 分別為

其中，z 為觀測高度，k 為von Karman 常數(shù)（k=0.4）。

根據(jù)近地面關(guān)系式[39]，聯(lián)立以上各式導(dǎo)出通量側(cè)向積分函數(shù)yf (x,z)

式中， Γ 為伽馬函數(shù)，x 為上風(fēng)向距離，μ = (1 +m)/r ，r = 2 + m - n ，假設(shè)側(cè)向風(fēng)呈高斯分布，則分布函數(shù)yD (x,y)可以表示為

式中，σ 為側(cè)向風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差，y 為側(cè)風(fēng)距離。

聯(lián)合式（5）和式（6）可以得到通量足跡函數(shù)f(x,y,z)，即

1.3.2 LAS 通量源區(qū)的計算

將LAS 沿光徑方向的權(quán)重函數(shù)和EC 單點觀測的足跡函數(shù)相結(jié)合就可計算LAS 源區(qū)，其計算式為[2]

式中，x1和x2分別表示LAS 發(fā)射端和接收端的位置；（x, y）表示光程路徑上每個點的坐標(biāo)；（x', y'）表示光程路徑上每個點在上風(fēng)方向的坐標(biāo)；z 為觀測高度。W(x)為LAS 沿光程路徑方向的權(quán)重函數(shù)[39]。

1.4 EC 和LAS 通量源區(qū)的一致性評價

選取一定百分比的通量貢獻(xiàn)源區(qū)，通過計算EC和LAS 源區(qū)的足跡權(quán)重比來表征二者在源區(qū)上的一致性程度。足跡權(quán)重比指的是某一貢獻(xiàn)源區(qū)下（如80%源區(qū)），EC與LAS重疊區(qū)域內(nèi)的足跡總和與LAS源區(qū)全部足跡總和的比值。足跡權(quán)重比越高，則二者源區(qū)的一致性越好，其計算式為

其中， CEC&LAS為足跡權(quán)重比， φLAS,i為EC 和LAS 80%源區(qū)重疊區(qū)域內(nèi)所有格點（大小為20m× 20m）的足跡權(quán)重值，k 為重疊格點數(shù)，n 為LAS 源區(qū)的總格點數(shù)。

源區(qū)重疊面積和足跡權(quán)重比都可以反映EC 和LAS 通量源區(qū)的一致性程度，但由于通量源區(qū)的分布在空間上的不均勻性，因此考慮空間分布權(quán)重的足跡權(quán)重比（CEC&LAS）可以更好地表達(dá)二者的一致性程度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

EC 觀測的10Hz 原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置的通量在線計算程序EasyFlux_DL 進(jìn)行處理。對于2h 內(nèi)缺失的數(shù)據(jù)則主要通過REddyProcWeb 工具在線完成插補(bǔ)（https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/ REddyProcWeb）。此外，通過Office的Excel 軟件整理EC 和LAS 得到的30min 分辨率下風(fēng)速、風(fēng)向、莫寧奧布霍夫長度、側(cè)向風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差和摩擦風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并使用 Origin2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 EC 和LAS 通量源區(qū)的空間分布

2.1.1 不同風(fēng)向下的分布

將研究區(qū)的風(fēng)向分為16 個方位，分別統(tǒng)計生長季和非生長季的風(fēng)速和風(fēng)向。在非生長季，主要風(fēng)向為西北，風(fēng)向累計頻率為29.44%，其次是東北方向。最高風(fēng)速為10.85m·s-1，最低風(fēng)速為0.13m·s-1，平均風(fēng)速為3.7m·s-1。在生長季，最高風(fēng)速為13.45m·s-1，最低風(fēng)速為0.21m·s-1，主要風(fēng)向為東，平均風(fēng)速為2.9 m·s-1，風(fēng)向頻率達(dá)到34.82%（圖3）。

圖3 非生長季與生長季風(fēng)速/風(fēng)向分布（數(shù)據(jù)間隔30min）Fig.3 Distribution of wind speed/direction in non-growing season and growing season (data interval is 30min)

計算得出EC 和LAS 在不同貢獻(xiàn)率（50%～90%）下非生長季和生長季的源區(qū)分布，由圖4 可見，EC和LAS 源區(qū)的空間分布總體上都與同時期風(fēng)向的分布一致，其中非生長季EC 源區(qū)偏向西北，生長季則偏向東部；而LAS 源區(qū)則呈現(xiàn)為東北至西南向的狹長狀分布，南北距離約900m，東西距離400～500m。無論EC 還是LAS，非生長季源區(qū)面積均大于生長季源區(qū)面積。當(dāng)貢獻(xiàn)率由50%增到90%時，源區(qū)的面積都有了明顯的增加。其中，非生長季 EC 由0.0054km2增加到0.333km2；LAS 由0.0819km2增加到0.6768km2；而在生長季EC 由0.0063km2增加到0.2079km2，LAS 由0.0729km2增加到0.5049km2。

EC 源區(qū)的變化受風(fēng)向影響較大，在非生長季，主要風(fēng)向是西北和東北，源區(qū)的分布也偏于西北和東北方向。而在生長季，EC 的源區(qū)相應(yīng)地受到主風(fēng)向影響而偏轉(zhuǎn)向東部和南部。相對而言，LAS 源區(qū)的分布則較為穩(wěn)定，分布變化受主風(fēng)向影響較小，不如EC 明顯（圖4）。

圖4 不同貢獻(xiàn)率（50%～90%）下非生長季和生長季EC 和LAS 的源區(qū)分布Fig.4 Source areas of EC and LAS in non-growing season and growing season under different contribution rates (50%-90%)

2.1.2 不同大氣穩(wěn)定條件下的分布

源區(qū)的分布會受到大氣穩(wěn)定條件的影響，根據(jù)莫寧奧布霍夫長度將大氣狀況分為穩(wěn)定（L＞0）和不穩(wěn)定（L＜0）兩種情況。由表2 可知，大氣穩(wěn)定條件下的源區(qū)面積都大于不穩(wěn)定條件下，這是由于大氣在不穩(wěn)定的時候，湍流垂直交換劇烈，通量信息更多來源于上風(fēng)向接近觀測位置的地方。由圖5 可見，大氣不穩(wěn)定條件下非生長季和生長季LAS 80%源區(qū)均呈狹長分布，南北距離約900m，東西距離200～300m；大氣穩(wěn)定條件下，非生長季LAS 80%源區(qū)東西距離400～500m，生長季LAS 80%源區(qū)東西距離200～300m，可見，在非生長季大氣穩(wěn)定條件下LAS源區(qū)范圍最大。

表2 EC 和LAS 在不同大氣穩(wěn)定條件下的源區(qū)面積 （80%貢獻(xiàn)率）Table 2 Source areas(with a contribution rate of 80%) of EC and LAS under different atmospheric stability conditions

在非生長季，EC 和LAS 的源區(qū)呈現(xiàn)相似的分布特征，即在穩(wěn)定條件下的面積明顯大于不穩(wěn)定條件下，且不穩(wěn)定條件下源區(qū)的范圍全部被穩(wěn)定條件下的所覆蓋（圖5）。而在生長季，EC 和LAS 的源區(qū)面積在不同大氣穩(wěn)定條件下變化不大，且EC 和LAS 的源區(qū)在兩種穩(wěn)定條件下的分布不完全一致，不穩(wěn)定下的源區(qū)并沒有完全被穩(wěn)定條件下的源區(qū)所覆蓋。

圖5 非生長季和生長季在不同大氣穩(wěn)定度下的源區(qū)分布（80%貢獻(xiàn)率）Fig.5 Source area (with a contribution rate of 80%) under different atmospheric stability conditions in non-growing season and growing season

2.2 EC 和LAS 通量源區(qū)的一致性分析

由表3 可見，在相同貢獻(xiàn)率條件下，大氣處于穩(wěn)定條件時EC 和LAS 的重疊面積和足跡權(quán)重比都高于大氣不穩(wěn)定條件下，并且伴隨著源區(qū)貢獻(xiàn)率的增加（由50%增至90%）重疊面積和足跡權(quán)重比也在增加。如非生長季在L＞0 條件下，重疊區(qū)域面積由0.0148km2增加到0.218km2，足跡權(quán)重比由29%增加到76%，L＜0 條件下，重疊區(qū)域面積由0.0044km2增加到0.0672 km2，足跡權(quán)重比由17%增加到47%；而生長季在L＞0 條件下，重疊區(qū)域面積由0.006km2增加到0.108km2，足跡權(quán)重比由18%增加到62%，L＜0 條件下，重疊區(qū)域面積由0.004 km2增加到0.0728 km2，足跡權(quán)重比由13%增加到44%。此外，不同大氣穩(wěn)定條件下，非生長季的足跡權(quán)重比都高于生長季，說明非生長季源區(qū)重疊程度較高，EC 與LAS 一致性更好。

表3 不同大氣穩(wěn)定條件下EC 和LAS 的重疊面積以及足跡權(quán)重比Table 3 Overlap areas and ratios of weighted-footprint area between EC and LAS (CEC&LAS) of EC and LAS under different atmospheric stability conditions

2.3 EC 和LAS 的感熱通量分析

由于非生長季感熱通量值較低，EC 和LAS 觀測的感熱通量（HEC和HLAS）之間的差異不明顯，因此，選取生長季的HEC和HLAS進(jìn)行差值比較。另外，夜間大氣基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，加上光閃爍強(qiáng)度及感熱通量值都較小，會引起LAS 的測量誤差增大[16]。因此選取生長季白天（8：00-17：00）大氣不穩(wěn)定條件下HEC和HLAS數(shù)據(jù)，按照東（45°-135°）、南（135°-225°）、西（225°-315°）和北（315°-360°，0°-45°）4 個風(fēng)向劃分，分別進(jìn)行HEC和HLAS散點圖的對比分析（圖6）。同時，HEC和HLAS在不同方向下的日內(nèi)變化過程也表現(xiàn)出了一定的差異性（圖7）。 在南、北風(fēng)向上，HEC與HLAS差值相對較?。▓D7b和圖7d），決定系數(shù)（R2）較大，分別為0.88 和0.87（圖6b 和圖6d），達(dá)顯著相關(guān)水平（P＜0.05）。而在東、西風(fēng)向上，HEC與HLAS差值相對較大，R2也較小，分別為0.72 和0.75（圖6a 和圖6c），亦達(dá)顯著相關(guān)水平（P＜0.05）。

圖6 生長季大氣不穩(wěn)定條件下4 個風(fēng)向EC 和LAS 觀測的感熱通量(H)數(shù)據(jù)散點圖Fig.6 Scatter plot of sensible heat flux(H) data observed by EC and LAS in four wind directions under atmospheric instability in growing season

圖7 生長季大氣不穩(wěn)定條件下4 個風(fēng)向EC 和LAS 觀測的月平均日感熱通量(H)Fig.7 Monthly mean daily sensible heat flux(H) data of four wind directions observed by EC and Las under atmospheric instability in growing season

按照不同風(fēng)向?qū)ιL季EC 和LAS 源區(qū)的足跡權(quán)重比進(jìn)行統(tǒng)計，由表4 可見，生長季風(fēng)向為南風(fēng)時足跡權(quán)重比最大，為20.96%，北風(fēng)向次之，足跡權(quán)重比為20.26%。同時，在這兩個風(fēng)向下，EC 和LAS 的感熱通量差值都較小，說明EC 和LAS 的源區(qū)在南風(fēng)和北風(fēng)向上重疊程度較高，二者的感熱通量測量值也因此更為接近。相比之下，西風(fēng)的足跡權(quán)重比最小，東風(fēng)的情況與西風(fēng)相似，相應(yīng)地這兩個風(fēng)向下HEC與HLAS的差值也較大?？傮w來看, 南和北兩風(fēng)向下源區(qū)的重疊程度高于東向和西向，HEC與HLAS的共變趨勢也是南向和北向高于東向和西向。

表4 生長季不同風(fēng)向下EC 和LAS 足跡權(quán)重比以及HEC 與HLAS 的差值Table 4 Ratios of weighted-footprint area between EC and LAS(CEC&LAS) and differences of HEC and HLAS under different wind directions in growing season

此外，4 種風(fēng)向條件下HEC普遍高于HLAS，且東南北3 個風(fēng)向下的感熱通量在13：30 左右達(dá)到峰值（圖7）。在西風(fēng)向下，EC 和LAS 測得的感熱通量在15：00 達(dá)到峰值，分別為211.15W·m-2和172.79W·m-2。4 個風(fēng)向下HEC與HLAS的變化趨勢較一致，相比于東西兩風(fēng)向，HEC與HLAS在南北兩風(fēng)向下差異更小。可見，在生長季大氣不穩(wěn)定條件下，HEC與HLAS在白天的變化過程較為一致，但不同風(fēng)向下感熱通量峰值略有差異。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

3.1.1 通量源區(qū)分布

本研究中，非生長季比生長季源區(qū)的面積更大。這一結(jié)果與趙曉松等[41]在長白山闊葉紅松林以及王美媛等[40]在興安落葉松林的研究結(jié)果一致。此外，研究還發(fā)現(xiàn)大氣處于穩(wěn)定條件下源區(qū)的范圍比不穩(wěn)定下的更大，這是由于大氣處于穩(wěn)定條件下，湍流垂直運動減弱，水平運動強(qiáng)烈，源區(qū)會延長到較遠(yuǎn)的地方。換言之，不穩(wěn)定的大氣條件有利于湍流發(fā)展，通量源區(qū)會相對較小[42]。很多學(xué)者關(guān)于大氣穩(wěn)定度與通量源區(qū)的研究，也得出了類似的結(jié)論。如龔笑飛等[31]研究了安吉毛竹林通量源區(qū)，發(fā)現(xiàn)各風(fēng)向下隨大氣穩(wěn)定程度的增加通量源區(qū)范圍也在增加。顧永劍等[43]對崇明東灘濕地通量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著大氣穩(wěn)定度的增加，通量源區(qū)范圍都有拉長的趨勢；周梅等[44]使用中山大學(xué)通量觀測數(shù)據(jù)也得出了類似結(jié)論。

3.1.2 觀測源區(qū)的一致性

本研究借助通量源區(qū)的足跡權(quán)重比來表征EC和LAS 觀測源區(qū)之間的一致性，并提出了科學(xué)假設(shè)：足跡權(quán)重比越高，二者源區(qū)的一致性程度就越高，觀測值之間的差異也越小。在本研究中，南北兩風(fēng)向下足跡權(quán)重比較高，HEC與HLAS差異較小，說明EC 和LAS 的足跡權(quán)重比可以對觀測感熱通量一致性產(chǎn)生影響。盧俐等[20]基于EC 和LAS 分析了北京小湯山地區(qū)的感熱通量，發(fā)現(xiàn)在均勻下墊面下EC 和LAS 源區(qū)的重疊程度決定了二者觀測值的變化趨勢以及觀測值的差異，同時發(fā)現(xiàn)南北兩風(fēng)向下二者源區(qū)重疊面積較大，HEC與HLAS的R2也較大，觀測的感熱通量一致性優(yōu)于其他風(fēng)向。孫根厚等[45]利用EC和LAS 研究了那曲地區(qū)的感熱通量，也發(fā)現(xiàn)源區(qū)的重疊程度會影響到二者觀測的感熱通量，當(dāng)二者的源區(qū)重疊時觀測的感熱通量的一致性要好于源區(qū)不重疊時的結(jié)果。Liu 等[46]也總結(jié)出EC 和LAS 觀測通量的差異原因之一是源區(qū)的重疊程度，在非均勻地表，如果兩者源區(qū)重疊程度越高，觀測通量差異會越小。上述研究都說明了通量源區(qū)的一致性分析在一定程度上可以解釋不同觀測方法在結(jié)果上的差異。本研究還發(fā)現(xiàn)EC 測得的感熱通量H 普遍高于LAS，有學(xué)者認(rèn)為在地勢較為平緩的研究區(qū)，各下墊面能量閉合度較高，渦度的測量值較為準(zhǔn)確[4]。另一方面，LAS 的測量存在誤差，當(dāng)大氣從穩(wěn)定層結(jié)轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定層結(jié)時，空氣的折射參數(shù)發(fā)生躍變，此時LAS 的觀測值不穩(wěn)定，易偏離真實情況[3]。也有學(xué)者認(rèn)為下墊面不均質(zhì)和地形等原因造成的能量不閉合會使EC 的觀測值偏低，如Meijninger 等[47]的研究發(fā)現(xiàn)溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)與感熱通量H 間的非線性關(guān)系會造成LAS 觀測的感熱通量值偏高。

3.1.3 不足與展望

能量閉合度會對EC 和LAS 的觀測產(chǎn)生影響。本研究使用的大氣穩(wěn)定度雖然在一定程度上可以反映能量的閉合程度，但并沒有就具體的能量閉合數(shù)值與EC 和LAS 間的觀測差異展開研究。其次，本研究采用KM 解析模型分析了均質(zhì)下墊面下EC 和LAS 的源區(qū)分布，該模型理論完善，計算簡單，但受一些假設(shè)條件（湍流在水平方向上均勻，沒有垂直平流等條件）的限制，更適合于均質(zhì)下墊面的通量源區(qū)計算。相比于解析模型，Kljun 等[48]提出的三維通量足跡模型更多地考慮了地表粗糙度和邊界層高度等參數(shù)的影響，并且在長時間尺度的通量源區(qū)運算時速度更快，更適用于復(fù)雜的下墊面，紀(jì)小芳等[49]基于該模型計算了2017年鳳陽山針闊混交林的通量源區(qū)。在接下來的復(fù)雜地形下通量源區(qū)研究中，應(yīng)更加充分考慮下墊面類型、土地覆蓋、地形變化等要素，進(jìn)而對現(xiàn)有模型的參數(shù)加以修正，并且進(jìn)一步改進(jìn)模型的結(jié)構(gòu)。本研究揭示了EC 和LAS 源區(qū)的一致性對兩者觀測結(jié)果上的影響，為二者的尺度轉(zhuǎn)化與擴(kuò)展以及陸氣相互作用模型的校驗提供了更多的科學(xué)參考。

3.2 結(jié)論

（1）EC 和LAS 源區(qū)的空間分布總體上都與同時期主要風(fēng)向一致，非生長季EC 源區(qū)偏西北，生長季EC 源區(qū)偏東部，LAS 源區(qū)則呈現(xiàn)為由東北向至西南向的狹長狀分布。EC 和LAS 在非生長季源區(qū)面積均大于生長季源區(qū)面積，EC 源區(qū)的變化受風(fēng)向影響較大，而LAS 的源區(qū)分布則較為穩(wěn)定。

（2）EC 和LAS 在大氣穩(wěn)定條件下的源區(qū)面積都大于大氣不穩(wěn)定條件下，隨著源區(qū)貢獻(xiàn)率的增加，源區(qū)重疊面積和足跡權(quán)重比也隨之增加。在非生長季，EC 和LAS 的源區(qū)在穩(wěn)定條件下的面積比不穩(wěn)定條件下更大，且完全覆蓋不穩(wěn)定條件下源區(qū)。而在生長季，EC 和LAS 的源區(qū)面積在不同大氣穩(wěn)定條件下變化不大，但在穩(wěn)定條件下的源區(qū)不能完全覆蓋非穩(wěn)定條件下的源區(qū)。

（3）EC 和LAS 源區(qū)內(nèi)重疊區(qū)域的足跡權(quán)重比影響了二者觀測值的變化趨勢與差異。生長季在南北兩風(fēng)向時，足跡權(quán)重比較大，源區(qū)重疊程度較高，EC 和LAS 測得的感熱通量間的一致性較高，差異較小。