农田动量交换nongtian dongliang jiaohuanmomentum exchange in the fields

农田中以乱流交换方式输送动量的过程。近地面物理属性的垂直输送， 是由乱流推动的， 除一部分乱流是由热力原因引起外， 大多数乱流是由于地面 （其中包括农田） 对风的摩擦减速而产生的。这种摩擦减速， 完全可以视为地面连续不断地从风中吸收动量的过程， 从而产生一个由气流到地面的连续向下的动量通量。这是一个同近地面乱流相结合的主要通量， 它同风速与地面粗糙度有关， 它的大小可以用来表示乱流输送的效率。因此， 近地面层动量交换作用， 对大气中各种物理属性的输送有决定性影响。在农田中， 这种影响也不例外。

图1 不同地面风廓线和边界层顶高度Zg的变化

在没有强烈热力作用条件下， 摩擦影响的厚度，决定于地表粗糙度(图1)。图中廓线是强风下测得的，高度Zg为边界层顶 （见农田边界层）, 在这个高度以上，风随高度变化趋近常数（即地面曳力可略而不计）。这一层厚度随粗糙度的增加而增加。于是平均风速的垂直梯度， 在平滑地面之上为最大， 而在粗糙地面之上为最小。微风时， 厚度Zg决定于地面产生的热力对流量。地面强烈增热时， Zg大于图1上的值； 而地面冷却时， Zg比较小。
当没有垂直温度梯度产生的浮力涡旋时， 在均匀地面之上的气流中， 摩擦产生的涡旋分布， 所引起平均风速随高度的变化， 呈指数曲线关系增长。即在地面附近， 风的垂直切变最大， 向上均匀地减小 [图2(a)]，若将其绘成风速u与对数高度Z的关系曲线[图2(b)]时，便得到一条直线。图中所示， 在均匀高度h的作物群体之上的乱流边界层内气流表现， 好似群体各组成部分的垂直分布位于距地某一距离d处。d被称为气流的零平面位移 (δ为确定Zo和d的参考量)。

图2 在均匀高度h的作物地上典型的风速廓线(a)按Z的线性坐标绘制； (b)按零平面位移高度Z=d以上对数距离绘制

从作物群体到农田边界层顶， 是农田动量交换的范围。在这一层次内， 农田中各种物理属性、有机微粒(如： 花粉、孢子等)和无机微粒 (如轻雾滴、悬浮尘粒、硫酸盐和硝酸盐等) 的输送， 主要受农田动量交换的影响。

农田动量交换momentum exchange in fields

农田中以乱流交换方式输送动量的过程。近地面物理属性的铅直输送，是由乱流推动的，除一部分乱流是由热力原因引起外，大多数乱流是由地面（其中包括农田）对风的摩擦减速而产生的。这种摩擦减速，完全可以视为地面连续不断地从风中吸收动量的过程，从而产生一个由气流到地面的连续向下的动量通量。农田近地面层动量交换作用，对大气中各种物理属性的输送有决定性影响。从植物群体到农田边界层顶，是农田动量交换的范围。在这一层次内，农田中各种物理属性、有机微粒(如花粉、孢子等)和无机微粒(如悬浮尘埃、轻雾滴、硫酸盐和硝酸盐等)的输送，主要受农田动量交换的控制。