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大孔径闪烁仪(LAS)是基于光传输理论,结合莫宁----奥布霍夫相似理论(MOST)来测量区域范围内平均地表水热通量的仪器。中国农业大学小气候与仪器实验室的自制LAS与涡动相关(EC)一致性较高,被广泛应用于国内的通量测量。国内学者对LAS数据进行质量控制时主要依靠Ochs提出的饱和界限,而国外学者曾各自通过理论推导或者实验方法来研究饱和发生的界限,并得出不同结论。为了探寻自制LAS的饱和发生规律,本研究以BLS900为参照标准,选择孔径为0.15m和0.075m的两套自制LAS(分别简称为LAS和LAS1)在上庄和沽源不同下垫面条件、不同气象条件下进行饱和方面研究,主要包括饱和界限的确定以及饱和数据的修正。研究得出的主要结论如下: (1)自制LAS在不同性质下垫面、不同气象条件下能与BLS900表现出相同的C2n变化趋势;在标定时发现,自制LAS与BLS900两者的R2为0.829,线性率为0.573;LAS1与BLS900两者的R2为0.796,线性率为0.757;与LAS1相比,自制LAS具有更强的抗饱和能力;LAS与LAS1之间具有良好的一致性关系,拟合度R2均在0.7以上,特别是在沽源晴天时,两者拟合度R2达到0.851。仪器符合本研究要求。 (2)通过比值法和拟合法对实验数据进行处理,得出上庄实验(SZ)“弱饱和”界限为0.0922,沽源实验(GY)“弱饱和”界限为0.0967,结果符合一阶散射理论及孔径平均效应不等式。根据沽源实验饱和趋势,通过拟合方法得出“强饱和”界限为0.3592。实验数据分别按照SZ和GY“弱饱和”界限进行质量控制发现,按照SZ“弱饱和”界限进行质量控制后饱和率最大,分别29.3%和15.84%,认为SZ“弱饱和”界限对本研究更适用。通过质量控制后发现,本研究实验过程中自制LAS发生的饱和现象绝大多数属于“弱饱和”现象,可以进行饱和修正处理。 (3)计算饱和修正系数时,采用Kohsiek的研究方法,考虑了湍流内尺度l0的影响,得出LAS在上庄和沽源的修正系数分别为1.0057和1.0049,LAS1在上庄和沽源的修正系数分别为1.0275和1.0194。经处理对比后发现,上庄和沽源的实验数据按SZ“弱饱和”界限筛选后的修正率最大,分别为12.5%和10.4%,修正后的精度分别提高1.99%和1.31%。修正后LAS与LAS1的拟合度R2变化不大,线性趋势变化幅度在0.03左右,符合理论情况。LAS1与BLS900相比,修正后的R2基本不变,线性关系在0.02左右变化,表现出较好的修正结果。 (4)根据SZ“弱饱和”界限,结合通量计算公式,通过推导得出正常情况下(T=288K,P=105Pa)LAS在不同显热通量地区避免饱和现象发生的理论安装高度与距离关系。比如,显热通量大约为150W/m2,距离为2000m时,安装的有效高度至少为10m才能使得LAS的测量值位于非饱和区域。