乱流交换系数luanliu jiaohuan xishuturbulent exchange co efficient

用来鉴别乱流输送强度的特征量。它是在流体中， 当某一物理属性的浓度梯度等于1时，由乱流所引起的该物理属性的通量； 或是穿过流体中任一点的物理属性通量与该点同一方向上该属性的浓度梯度之比。乱流交换系数， 也叫湍流交换系数， 简称为乱流系数， 或湍流系数， 有人也把它称为涡动扩散率。它的物理量纲为L2/T，即“单位时间的面积”。这就意味着： 在流体中某一点的扩散过程， 与其单位时间内扩散作用所影响的面积有关。根据乱流输送的物理属性不同， 乱流交换系数有： 动量交换系数Km、热量交换系数Kh、水汽交换系数Kv和CO2交换系数Kc等等。所有乱流系数，因地面状况和气象条件而有很大变化。影响乱流强度的因素，主要有地面粗糙度、风速和大气稳定度（见大气静力稳定度）等方面。它们或者是通过动力作用， 或者是通过热力作用而影响乱流强度。当空气流经起伏不平的地面时，地面愈粗糙，高低不平的障碍物愈多， 造成的乱流也愈强， 乱流系数就愈大， 这就是影响乱流的所谓粗糙度的概念。例如， 平滑的湖泊表面上的乱流交换系数比丘陵、森林和农田上的乱流交换系数小； 浅草和矮秆作物地上的乱流系数比高秆作物地上的小； 离地高度愈高， 地面影响减小， 由于风速随高度增加， 所以乱流交换系数就愈大。近地层风速愈大， 动力对乱流作用加强， 乱流交换系数也愈大；大气不稳定度愈强，热力对乱流作用加强，乱流交换系数也愈大。上述因素对乱流交换系数的影响可用下式表示：

式中 K_m(Z)为离地面高度Z处的乱流交换系数；k为卡门常数，其值取0.40; u₁为Z₁的高度处的平均风速； Z₀为地面的粗糙高度； T₁和T₀分别为Z₁和 ₀高度上的气温。
乱流交换系数具有明显的日变化，特别是在暖季、晴天和干燥的地面上变化幅度更大。最大值出现在正午前后，最小值发生在夜间或清晨时刻。冬季，阴雨天，大风天以及湿润的下垫面上，乱流交换系数日变化幅度比较小，而且规律性不明显。水面上乱流交换系数日变化与陆面上有明显不同， 日间水面上由于蒸发的结果，层结稳定，乱流交换系数比较小。夜间，水面上蒸发减弱甚至停止，层结不稳定，乱流交换系数反而比较大。
在相同的条件下，对不同物理属性的乱流交换系数其大小不同。1971年W.O.普鲁伊特等人，在大田条件下， 用独特的方法测得如下结果：在接近中性层结条件下，水汽交换系数与动量交换系数的比值收敛于一个略大于1的值；在很不稳定层结条件下，这个比值可增至1.4或更大；而在很稳定条件下，其比值可减小至0.7或更小。但由于目前测试手段尚不能严格区分它们之间的差别，实际工作中都认为它们是相等的，并以动量交换系数代替其他属性交换系数计算各种属性垂直输送通量。
作物层中乱流交换系数除受上述因素影响外，还受作物种类、作物群体结构等因素的影响，如果向作物层垂直输送的动量，所受作物曳力不因高度而变的话，作物层中乱流交换系数随深度的变化，近似符合指数递减规律， 即：

式中 Km(Z)为作物层中高度为Z处的动量交换系数；Km(h)为作物顶面(作物平均高度h处)的动量交换系数； n为衰减系数。禾谷类作物的n介于2～3之间，水平叶为主的作物n>3。由于外界条件的不同， n的变化也很大。例如，夜间由于动力乱流占主导，乱流交换系数是从作物表层向下层递增的。然而一般作物上层的乱流交换减弱快，而下层减弱则较慢。从上式可以看出，作物层内乱流交换系数是呈指数递减的。

乱流交换系数turbulence exchange coefficient

又称涡动扩散率。通过介质中任一点上的属性(如物质、动量、热量等)乱流通量与该点（同一方向上）容积浓度梯度的比值。一般分别以K_m、K_H和K_v依次表示为乱流动量、热量和水汽交换系数，可以分别作为鉴别乱流动量、热量和水汽等输送强度的特征量来看待。 如果用≘表示量纲等号，则对物理量纲为Q的某一属性而言，乱流交换系数：

K≘{Q/(L²T)}÷{(Q/L³)/L}=L²T^-1

式中L为长度，T为时间。K的物理量纲为“单位时间的面积”，这就意味着，某一扩散过程的K值量级，与流体中传入特定点的相应属性的小样本，在1 s内扩散作用所影响的面积有关。当空气中为分子扩散运动时，K大约为10～20mm²/s；但植物群体之上的乱流边界层气流中，K可以比上述值大10万倍，以至达到1 m²/s左右。