全 文 ：应 用 生 态 学 报

年 月 第 ! 卷 第 ! 期
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, ! 6! 7 8  9一
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通风结构林带背风面湍流相关特征初步分析
王政权 官伟光 罗传文 陈北林业大学 , 哈尔滨 , : :; :7
【摘要】 本文根据湍流统计理论和野外观测数据 , 详细分析了林带背风面湍流自相关 、空间相关和湍流积
分尺度特征 < 在林带背风面的林缘附近 , 由于湍流尺度较小 , 使湍流相关系数不紧密 < 这时的时间尺度
在 ! 一 = 6
< > 7和 = 一? 6≅> 7 , 而空间尺度为
: 一!: > 左右 < 在远离林带以后 , 林带的作用减弱 , 随
着湍流尺度增大 , 导致湍流相关系数增大 < 这时的时间尺度在
一!: , 空间尺度在 9: 一?: > 范围内 ,
且湍流自相关系数服从! Α =的指数定律。
关键词 林带 湍流相关 揣流尺度 揣涡
/Β Χ ΔΕ> ΕΦ 4 Β 5 4 Φ 4 Δ5 ≅Δ≅ Γ Η Χ Γ ΒΒ Χ Δ4 ΙΕϑΧ Κ Λ 4 Β 4 Κ ΙΧ Β Ε≅ ΙΕΧ ≅ Γ Η ΙΜ Β Ν Μ ΔΧ Φ Χ Χ Γ Φ ΔΧ Χ Ο 4 Β Π ≅ ΕΠ Χ Γ Η Γ /Χ Φ
Ο ∃Φ Π Ν Β Χ 4 Θ ≅ < Ρ 4 Φ Σ Τ ΛΧ Φ Σ Υ Μ 4 Φ , 1 Γ Φ Σ Ρ Χ ΕΣ Μ 4 Φ Σ 4 Φ Π − Μ Γ ∀Λ Μ 4 Φ Ο Χ Φ 6% Γ Β ΙΛ Χ 4 ≅ Ι . Γ Β Χ ≅ ΙΒ5
∗ Φ Εϑ盯 ≅ΕΙ5 , # 4ΒΝ ΕΦ
: : ; : 7一∀Λ ΕΦ < ( < ,/ ∃ < & Χ Γ Δ < ,
 
, ! 6! 7 8 
一
: ! <
∃Φ ΙΛ Ε≅ /4ς ΧΒ , 4 Μ ΙΓ Χ Γ ΒΒ Χ Δ4 ΙΕΓ Φ , 印4 Χ Χ ΧΓΒ Β Χ Δ4 Ι ΕΓ Φ , 4 Φ Π ΕΦ Ι Χ Σ Β 4 Δ ≅ Χ 4 ΔΧ Γ Η ΙΜ Β Ν Μ ΔΧ Φ Χ Χ Ο ΧΒ Χ Π Ε≅ Ω
Χ Μ ≅ ≅ Χ Π , Μ ≅ ΕΦ Σ ΙΛ Χ ΓΒ 5 Γ Η Ι Μ ΒΝ Μ ΔΧ Φ Χ Χ ≅ Ι4 ΙΕ≅ ΙΕΚ ≅ 4 Φ Π Η ΕΧΔΠ ΓΝ ≅ΧΒ ϑ 4 Ι ΕΓ Φ Π 4 Ι 4 < Γ Φ ∃Χ ΧΟ 4 Β Π ∋ ΕΠΧ
Γ Η Ο ΕΦ Π Ν ΒΧ 4 Θ ≅ , Φ Χ 4 Β Ξ Ψ ∃# 一 ∋# , Ι Μ Β ΝΜ ΔΧ Φ Ι Χ Γ Β ΒΧ Δ4 Ι ΕΓ Φ ≅ Ο 叮 Χ Φ Γ Ι Χ Δ Γ ￡Χ Π Μ Χ ΙΓ ΙΛ Χ ≅> 4ΔΔ
￡Χ 4 ΔΧ Γ Η Ι Μ Β Ν Μ ΔΧ Φ Χ Χ < Ζ Λ Χ Ι Ε> Χ ≅ Χ 4 [ Χ Γ Η Χ Π Π 5
4 Ν Γ Μ Ι ∴ 一 = ≅ Χ Χ < 6
< > 7 4 Φ Π = 一 ? ≅ Χ Κ <
6≅> 7 , 4 Φ Π ≅/4 Χ Γ ≅ Χ 4 ΔΧ

:一 ∴Γ > < Ζ Λ Χ ΙΜΒ Ν Μ ΔΧ Φ Χ Χ Χ ΓΒ Β Χ Δ4 Ι ΕΓ Φ ≅ Ο ΧΒ Χ Λ ΕΣ Λ Χ Β Ο ΕΙΛ ΙΛ Χ Π Ε≅ Ω
Ι 4 Φ Χ Χ ΗΒΓ > Ο ΕΦ Π ΝΒ Χ4 Θ ≅ 4 Φ Π ΙΛ Χ ≅ Χ 4 ΔΧ Γ Η Ι Μ Β Ν Μ ΔΧ Φ Χ Χ ΕΦ Χ ΒΧ 4 ≅ Χ Π 。 Ζ Λ Γ Ι Ε> Χ 4 Φ Π ≅/4 Χ Χ ≅ Χ 4 ΔΧ Γ Η
Χ Π Π ΕΧ ≅ 4 Β Χ 4 ΝΓ Μ Ι
一! : ≅ Χ Χ < 4 Φ Π 9 :一? :> 4 Ι ΙΛ Χ Β4 Φ Σ Χ Ξ Ψ ! :# 一 Ξ Ψ = :# , Β Χ印Χ Χ ΙΕϑ Χ Δ5 <
3 Χ4 Φ Ο Λ ΕΔΧ , 4 Μ ΙΓ Χ Γ Β Χ Δ4 ΙΕΓ Φ Γ Η Ι Μ ΒΝ Μ ΔΧ Φ Χ Χ Χ Γ Φ ΗΕΒ > Χ Π Ι Λ Χ ∴ Α = ςΓΟ ΧΒ Δ4Ο <
] Χ 5 Ο Γ Β Π ≅ Ρ ΕΦ Π ΝΒ Χ 4 Θ ≅ , Ζ Μ ΒΝ Μ ΔΧ Φ Ι Χ Γ件Χ ⊥4 Ι ΕΓ Φ , Ζ Μ Β ΝΜ ΔΧ Φ Ι ≅ Χ 4 ΔΧ , & Π Π ΕΧ ≅ <

引 言
湍流是近地气层内一种非常重要的流体运
动形态 , 在 “土壤 一植被 一大气”系统中起着重要
的媒介作用 < 在农田生态系统中, 特别是在林
带背风面 , 湍流对气流结构的 改 变 , 动 能 降
低 , 小气候中的能量平衡 , 水气扩散和∀) 8 的
输送都有重要的影响 Ι ∴ ’ _
, 因而间接 地 影 响
作物的产量和质量 < 在湍流研究中 , 主要是沿
着湍流平均量的半经验理论和 湍流随机统计理
论这两大方向发展 < 由于湍流最突出的特点是
雷诺应力导致湍涡上下左右旋转造成流速在周
期 、 波长 、 振幅和方向上作随机脉动 < 因此 ,
< 国家青年科学基金资助项 日。
木文于
  。年 ; 月
_ 日收到 <
研究湍流脉动量之间相关性问题在揣流理论研
究中一直占有极其重要的位置 < 不同湍涡之 间
相关关系是表述湍流非常重要的特征 , 它揭示
着湍涡的内部结构 < 通过湍流相关分析 , 可以
了解湍涡在运动过程中大小变化 , 推求湍流各
种比尺及谱密度特征 〔” 。 使近地气 层 内, 由
于林带的防护作用 , 在林带前后的各种湍流特
征发生明显的改变 。 这种改变引起农田小气候
特征在有林带保护和无林带保护下的农田上产
生较大的差异 < 因此 , 研究林带附近 , 特别是
背风的湍流分布特征, 从另一角度探讨林带防
护机理具有重要的理论意义 < 为此 , 本文在野
外大量观测数据的基础上 , 应用湍流随机理论 ‘
和方法研究了通风结构林带背风面风速分布 、
揣 流强度 、 湍流白相关 、 空 间相关以及湍流尺
∀Λ ΕΦ < ( < , // ∃< & Χ Γ Δ < , ! 8 ! 6
 
7
? 应 用 生 态 学 报 ! 卷
度等问题。 为 8
! 湍流相关函数的表示
! <
湍流度
在湍流研究中, 湍流度是一个非常重要的
物理量 , 常用它来衡量湍流脉动的强弱 < 湍流
度是一个相对值 , 一般表示为湍流速度的均方
根值与平均速度之 比, 即
+ , , 6ΙΖ 7 Ψ 。厂6Ι 7Μ 扩6Ι ⎯ Ζ 7双云香而一默舜不砚 6‘’ 8
6
7。一一·一Ζ −、
其中 。 二头立 · ‘一而 石Ψ 上乙 。 α <Ε 二

这里可看到 , 湍流度是风速的变异程度 <
! < ! 湍流相关函数
由于脉动流速在时空上分布是连续随机函
数 。 因此 , 表现在某一时刻、 某一空间位置上
的脉动速度的大小及方向也是随机的 , 从而导
致在两个垂直方向上的速度分量 。 尹和 。 尸之 间
的关系也必然是随机的 。 大量的流体力学理论
实验结果表明 , 。 产和 。 产之间存在着彼此 有 联
系的相关关系。 这种关系的存在使湍流场内空
间一点上的。尹和。 了相乘后的平均值。 Α 。 ‘具 有
确定值 , 称为相关函数并表示为 8
当‘Ψ ⊥ 时, 即同一脉动流速分量相隔时间Ζ 的
相关系数称自相关系数 。 它的形状明显的代表
了湍流内部结构 , 当时间间隔Ζ 从小到大变 化
时, 自相关系数降低的速度由湍涡大小的尺度
决定 。
在空间相关中, 常使用两点间的相关 。 设
3 β点坐标为 6二 , , 二 ! , χ = 7 , 3 ∴ 点 的 坐 标为
6χ 8 ⎯ Β , , χ 8 ⎯ Β ∴ , “ = ⎯ Β = 7 , 则3 8 和 3 8 点
可写成3 8 6χ7 和 3 8 6χ ⎯ Β7 < 这两点在 Ι 时的
脉动流速分量的相关系数为 8
+ ‘≅ 6δ , Β 7 Ψ Μ 矛6χ 7。厂二 6二 ⎯ Β 7灯藏万习不雨 6 ,
α α , Ψ瑟Δ二8 8 。β , ‘。 , Π 。 6 ! ,
很明显 , 当 Β、 : 6或 ΓΚ 7 , 其相关系数为
6或
: 7 。
! < = 湍流积分尺度
湍流积分尺度是指揣流平均尺 度 或大 尺
度 , 它代表湍涡的平均周期或寿命 < 由湍流相
关函数很容易得到湍流时间积分尺度和空间积
分尺度的表达式 8
8 , 二芡补 , “犷
− 沂Ψ (8万‘·, Π ·
6 _ 7
其中 / 6动 为脉动流速概率分布密度 < 在实 际
研究中, 常采用无量纲的相关系数表示湍流相
关 =
6 9 7
孔 Ψ 礴行叭“矛丫( 口矛 6 = 7
野外观测

 ? 年 ;一 _月 , 在黑龙江省西部地区的肇
如果“ ‘和 。扩没有统计上的联系 , 则 + β , 和+ β ,
为零 < 如果完全相关, 则随着相位的不同相关
系数为士
<
湍流相关分时间相关和 空间相关两类 < 在
湍流场中, 同一点但在不同时间Ι和 才⎯ Ζ 的脉
动流速分量间的相关称时间相关 , 其相关系数
东县 6% ; : = : 尹一; _ “! 尹 , &
! ) ! : 产一
! _ : ! : 了 7
先进乡内的林 网中设置湍流观测点 。 该地区是
典型的半干旱气候特征 , 干旱和春风为主要的
自然灾害 < 自 “三北” 防护林休系工程开 展 以
来 , 该地区初步形成了林带 6网7防护体系。 用
于湍流观测的林网长宽各 : > , 主带为 西 带
6∋ 一% 方向 7 < 林带均由
! 年生杨树组成 , 平均
∀ Λ ΕΦ , ( , , // ∃, & Χ Γ Δ < , ! 8 ! 6
  ! 7
! 期 王政权等8 通风结构林带背风面湍流相关特征初步分析
高
; > , 行平均带宽 9 > < 通风结构 , 枝 下
高平均 _一 9 > , 疏透度ς 二 : < _
, 透风系数“ Ψ
: 。 9
。
观测仪器采用长春气象仪器厂产的0 ∴3 ;
型 自动综合气象观测仪 < 该仪器灵敏度较高,
可观测瞬时风速、 温度、 湿度和方向 , 并给出
水气压和露点等值 < 仪器的探头分 设 距 地 表

< > 和 ≅> 高两层 , ? 台仪器分别安置在林网
内 , 距 主 带 ∃ # 、 ∋ # 、 Σ # 、
= < # 、
?# 、
! 9# 处 , 及两个补充点 Σ # 6% Ρ 7和 !9 # 6∋ & 7
处 < 每天观测 = 次 6北京时:? 、
; 、 !: 时 7, 采
样间隔
! 秒 , 每次观测
: 分钟 , ? 台仪器观测
时通过输入计算机程序同步进行 <
增大 < 在Ξ Ψ
: # 以后 , 湍流度的水平分布与
平均风速相比正好相反 < 由于林带的影响逐渐
减弱, 平均风速达到最大值时 , 湍流度降到最
低点 < 根据 3 4 Θ Ε 【们 对水稻田防风 网内外湍流
分布的研究, 疏透度对湍流度的大小有一定影
响, 在林带前一 !: # 和后 =: # 一;: # 范围内,
湍流度大小相近 , 林带的作用主要在 Ξ 二 )#
一 Ξ Ψ =: # 范围内 <
; < ! 林带背风面湍流自相关
这种相关的最大特点是表述湍流场内某一
点的风速脉动分量在相隔时间 Ζ 时的前后相关
关系 , 因此 , 时间间隔 Ζ 的大小对自相关系数
有重要的影响 < 图 ! 是通风结构林带背风面湍
流自相关系数与时间间隔的关系 < 很显然 , 当
时间间隔 Ζ Ψ : 时 , + 6Ζ 7 二
, 自相关系数出
现最大值 < 当时间间隔增加时, 其自相关系数
减小 < 从图中可 明显地看 出 , 林带背风面 ∃# 处
的揣流自相关系数减小的速度比
? # 处减小的
速度要快 , 两条曲线斜率差别非常明显 < 这充
、,<飞Ω


; 结果与讨论
; <
林带背风面湍流度的分布
由图
可看出 , 在林缘附 近 , 湍 流 度 较
小 , 在Ξ 二 ∋# 和Ξ 二
: # 范围内出现最大值 ,
随后逐渐降低。 在Ξ 二 =: # 处 , 湍流度为
一
! : δ左右 < 林带的防护作用在
: # 之 前最 明
显 , 湍流度增加的速度较快 , 风速的脉动幅度 祥8Ζ 7
∗ Α ∗ Γ
,
::


: !: =: Ξ Α


图
通风结构林带背风面64 二 。 < 9
, 卜 。 < _
7
< > 和 ≅> 处
湍流度与平均风速的水平分布
. ΕΣ <
#Γ ΒΕΤ Γ Φ Ι4 Δ ϑ 4 Β Ε4 ΙΕΓ Φ≅ Γ Η ΙΜ Β ΝΜ ΔΧ Φ Ι ΕΦ ΙΧ Φ ≅ ΕΙ了4 Φ Π Β Χ Δ4 ΙΕϑ Χ > Χ 4 Φ Ο ΕΦ Π ≅ ς Χ Χ Π 4 Ι ! < ≅ > 4 Φ Π ≅ > Γ Φ
ΔΧ Χ , 4 Β Π ≅ ΕΠ Χ Γ Η Γ ς Χ Φ , ΕΦ ΠΝΒ Χ 4 Θ≅ 64 Ψ : < 9 ! , 日Ψ : < _ ! 7 <
Γ一一一言—一一哺一Ω Ω一Ω 方—ε 菇〕4‘6≅ 7图 ! 通风结构林带背风面 64 二 。 < 了
, 日二 。 < _
7湍流 自相 关
系数与时间间隔的关系
. ΕΣ < ! + Χ Δ4 ΙΕΓ Φ ≅五Ες ΝΧ ΙΟ Χ Χ Φ 4 Μ ΙΓ Χ Γ ΒΒ Χ Δ4 ΙΕΓ Φ 4 Φ Π Δ4 Σ
Γ Φ ∃Χ Γ Ο 4 Β Π ≅ΕΠ Χ Γ Η Γ ς ΧΦ Ο ΕΦ Π ΝΒ Χ 4 Θ≅ 64 Ψ : < 9
, 日二 : < _
7 <
∀ Λ ΕΦ < ( 。 , ς ς Δ < & Χ Γ Δ< , ! 8 ! 6
 
7
应 用 生 态 学 报 ! 卷
分证明林带背风面林缘 6Δ # 7 附近的湍流结构
与远离林带6
? # 7 处的湍流结构不同 < 在林缘
主要形成平均周期小的湍涡 , 而在远离林带处
则形成平均周期大的湍涡 , 从而导致气流结构
的改变 。
图 = 是当时间间隔Ζ Ψ
? : 时, 湍流自相
关系数的水平分布 < 根据湍流统计理论和∃Φ Γ Ω
Μ Χ 等 〔“’早期微气象学研究结果 8 在近地气层
内 , 开阔的农田上 , 没有受到任何干扰的气流
其风速脉动分量的自相关系数服从 ! Α = 指数定
律 < 但在林带背风面 , 脉动风速强烈地受林带
3 Δ一 “产 7 卜生∴ Μ , 6 χ ⎯ Β 、,一一Ω ε ε ε ε ε ε‘一一 一一ε ε ε ε电曰 < 卿 、
典
φγ γ γ 三
Μ ’ 6义 ·;一 Β
曰四一一 Β一一‘翻 <图 ; 湍流横向和纵向相关示意图. ΕΣ < ; 0 Ε4Σ Β 4 > Γ Η Δ4 ΙΧ Β4 Δ 4 Φ Π
: 卫Σ ΕΙΜ Π ΕΦ 4 Δ Κ Γ Β Β Χ Δ4 Ω
Ι ΕΓ Φ ≅ Γ Η ΙΜ Β ΝΜ ΔΧ Φ Χ Χ <
8)< Γ)
+ 6 Ι 7
<: 卜
_ 卜 。 成屯8
户少之乏<> 、
尸二γ 一才
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岛
黑8 !
、、Α 、甲,
)卜一一Ω ε 一Ω Ω Ω 刁卜Ω 一ε 一一
: ! : = :
Ξ Α


图 = 通风结构林带背风面 64 二 。 < 9 工, 日Ψ 。< _
7 湍流自相关
系数的水平分布
.宜 < = # Γ Β ΕΤ Γ Φ Ι4 Δ ϑ 4 ΒΕ4 ΙΕΓ Φ ≅ Γ Η ΙΜ ΒΝΜ ΔΧ Φ Ι 4 Μ ΙΓ ΧΓ ΒΒ Χ Ω
∃4 ΙΕΓ Φ Γ Φ ΔΧ Γ Ο Γ ΒΠ ≅ΕΠ Χ Γ Η 叩 Χ Φ Ο Ε且Π ΝΒΧ 4 Θ≅ 64 Ψ : < 9
,
ς Ψ : < _
7 <
图 通风结构林带背风面64 Ψ 。< 9
, 日Ψ 。 < _
7
< 。和 。
处 的风速脉动相关
. ΕΣ < ∋ . ΔΜ Χ ΙΙ 4 ΙΕΓ Φ ≅
ΔΧ Χ Ο 4 Β Π ≅ ΕΠ Χ 叹∗ Δ Ο Ε皿Π ≅ς Χ Χ Π ΝΧ ΙΟ Χ Χ Φ

< > 4 Φ Π
Γ ς Χ Φ Ο ΕΦ Π ΝΒ Χ 4 Θ≅ 64 Ψ : < 9
,
二 : < _
7 。
的影响 , 自相关系数常常偏离这个数值 < 在林带
附近 , 风速脉动分量“(6Ι 7和 ΜΕ’ 6Ι ⎯ Ζ 7 相互影
响较弱 , 使其自相关系数较小< 这主要与该范
围内往往形成小周期的湍涡有关 < 在远离林带
Ξ Ψ =: # 处 , 自相关系数接近! Α =值 <
; < = 林带背风面湍流空间相关
两点间的空间相关是最基本‘的湍流空间相
关 , 它主要说明一个点的脉动对另一个点脉动
影响的程度和范围 , 分横向相关和纵向相关两
类 < 前者主要讨论平行风速方向上两点间的相
关 , 后者则讨论同一风速方向上两点相关问题
6图 ; 7 < 对通风结构林带背风面湍流空间横向
图 _ 通风结构林带背风面 6。 二 。 < 9
, 日二 。< Κ 约 湍流空间纵
向相关系数的水平分布
. ΕΣ < 日 # Γ Β ΕΤ Γ Φ Ι4 Δ ϑ 4 Β Ε4 ΙΕΓ Φ ≅
Β Χ Δ4 ΙΕΓ 且 Γ Φ ∃Γ Χ Ο Γ ΒΠ ≅ ΕΠ Γ Γ Η
日二 。 < _
7 <
Γ Η ≅ ς ￡Χ Χ ΔΓ Φ Σ ΕΙΜ Π ΕΦ 4 Δ ΧΓ Β Ω
Γ ς Χ Φ Ο Ε‘Π ΝΒ , 交≅ 64 二 : < 了Τ ,
∀ Λ Ε Φ < ( < , ∃〕/ φ < & Χ Γ [ < , ! 8 ! 6
 
7
! 期 王政权等 8 通风结构林带背风面湍流相关特征初步分析
相关 , 由于观测仪器探头数量的限制 , 我们仅
观测了不同树高倍数处
< > 和 ≅> 高处的风速
脉动分量 ,其相关性由图 表示 < 在林缘 6Ξ 二
∃# 7 附近 , 两点间的脉动相关系数较小 , 而在
空间距离 6 8 Ψ = < > 7 不变的条件 下, 在 Ξ 二

= < # 和Ξ 二
? # 处 , 两点间的脉动相互影响
强烈 , 使相关系数有较大的提高 < 对林带背风
面湍流空间纵向相关 , 其相关系数大小与距离
Β有关 6图 _ 7 。 当 , Ψ ) 时 , 即空间两点距离很
小时 , 两点间的脉动趋 于一致 , 纵向相关系数
+ 6Β 7 二
, 随着纵向两点间的距 离 增 大 , 相
关系数减小 , 特别是在Ξ Ψ
: # 附近 出现负值 ,
这说明叮 6χ7 和叮 6δ ⎯ 8 7 出现相反方向的情况
超过了出现相同方向的情况 < Ζ Γ Ο Φ ≅Χ Π 6
 9 _7
从理论上研究了纵向脉动流速相关性问题 < 如
果湍流中的湍涡由单一尺度组成 , 则相关系数
曲线 ‘的曲率较小 , + 6Β 7出现负值的区域较大 <
不论是湍流空间横向相关还是纵向相关 , 当距
离Β一定时 , 林带的影响最为重要 <
; < ; 林带背风面湍流积分尺度
从湍流统计理论和湍涡形成 过程上看 , 空
间某点的风速脉动可视为各种大小不同尺度的
湍涡经过该点时造成的涨落 < 湍流空间积分尺
度是经过该点不同尺度 的湍涡相互叠加的平均
结果 < 而时间积分尺度则代表湍涡 的 平 均周
期 < 对空间积分尺度 , 两点间的距离和相关系
数起重要作用 < 当平均尺度较大时 , 使两点处
于同一个湍涡内 , 因而使两点脉动分量具有相
同的方向 , 有着较强的正关联 < 如果湍涡平均
尺度较小而把两点分开 , 脉动分量具有相反方
向, 导致负关联或相关不紧密 < 图 9 是通风结
构林带背风面湍流空间纵向积分尺度 < 对
; >
高的林带 , 在Ξ 二 ∃# 一 Ξ Ψ
: # 范围内, 空问
平均积分尺度为
: 一!: > 左右 < 而在远离林带
的Ξ 二 =: # 附近 , 湍流动能得到补充 , 湍涡相
互叠加又逐渐形成较大的尺度 , 其 数 量 级 在
9 :一 ? : > 左右 <
图 ? 是湍流时问积分尺度 < 在林缘附近 ,
− 至、> 7
一:。卜
亡呈江匀
左一一—责Ξ Α #
图 9 通风结构林带背风面 64 Ψ 。 < 9
, 日二 。< _
7湍流空间纵
向积分尺度的水平分布
.ΕΣ < 了 #Γ Β ΕΤ Γ Φ Ι4 Δ ϑ 4 Β Ε4 ΙΕΓ Φ ≅ Γ Η ≅ ς 4 Χ Χ ΔΓ Φ Σ ΕΙΜ Π ΕΦ 4 Δ≅Χ 4 ΔΧ≅ Γ Η ΙΜ Β ΝΜ ΔΧΦ ΧΧ Γ Φ ΔΧ Χ Ο 4 Β Π ≅ ΕΠ Χ Γ Η Γ ς Χ Φ Ο ΕΦ Π Ω
ΝΒ Χ4 Θ≅ 64 Ψ : < 9
, 日Ψ Γ < Χ Β 7 <
品沪
图 ? 通风结构林带背风面 64 Ψ 。 < 9
, 日Ψ 。 < _
7 湍流时间积
分尺度 的水平 分布
. ΕΣ < ? #) Β ΕΤ Γ Φ Ι4 Δ ϑ 4 Β Ε4 ΙΕΓ Φ≅ Γ Η ΙΕ> Γ ≅Χ 4 ΔΧ ≅ Γ Η ΙΜ Β ΝΜ ΩΔΧ Φ Χ Χ Γ Φ ∃Χ Χ Ο 4 Δ< Π ≅ ΕΠ Χ Γ Η Γ ς Χ Φ Ο ΕΦ ΠΝΒ Χ 4 Θ≅ 64 Ψ : < 9 ! ,
日Ψ : < _
7 ·
由于形成 的往往是小尺度的湍涡, 因而平均周
期较小 , 其数量级在 ! 一 = 6
< > 7和 =一?≅
6 > 7 范围内 < 而在 Ξ Ψ !: # 之后 , 湍涡尺度
增大 , 平均周期也延长 , 其时间尺度 的量级在

一!: 左右 < 这与图 ! 所表示的自相关系数
曲线的变化含意一致 < 根据3 4 ΘΕ 6
9 ? ,
 ? !7
对
> 高单行松林带和∴ > 高水稻田防风网内揣
流尺度的分析结果看 , 在小气候因子不变的条
件下 , 林带高度对湍流尺度大小有 明 显 的 影
响 < 在林带背风面 , 较矮的林带比较高的林带
往往出现较小尺度的揣涡 <
结 论
<
通风结构林带背风面的林缘附近 , 通常形
成 较小尺度的湍涡 , 导致 自相关系数和空间相
∀Λ ΕΦ < ( < , //∃ < & Χ Γ Δ < , ! 8 ! 6
 
7
! 卷
: ! 厘 用 生 悉 字 于陡 ’ !
关系数迅速降低 < 对
; > 高的通风结构林带 ,
林带附近的时间积分尺度数量级在 !一=≅ 6
<
> 7和=一? 6≅> 7 左右 , 空间积分尺度为
:一
!: > 左右 <
< ! 在远离林带的位置 , 揣流动能得到补充 ,
湍涡相互叠加 , 又逐渐恢复较大尺度的湍涡,
因而自相关系数和空间相关系数迅速提高 < 时
间积分尺度数量级在 儿一! : 范围内, 空间积
分尺度为9: 一 ? : > <
< = 湍流自相关系数随着时间间隔的增加而减
小 , 但林缘附近自相关系数下降的速度比远离
林带的位置要快得多 , 并接近 ! Α =跳指数定律 。
主要参考文献
窦国仁 <
。引 < 紊流力学 < 高等教 育 出 版 社 , 北 京 ,

! ;一
! _ <
# Χ Ε∋丈Χ Β , 1 。 3 < 4 Φ Π 0 Χ Ο 4 ΔΔΧ , 0 < + <
 ? ? < & ΗΩ
ΗΧ ΧΙ≅ Γ Η Ο ΕΦ Π ΝΒΧ 4 Θ ≅ ΙΒΜ Χ ΙΜ Β Χ Γ Φ Ο ΕΦ Π ΗΔΓ Ο < , Σ Β <
& Χ Γ ≅5 < & Φ 丫ΕΒΓ < , ! ! Α ! = 8 ; χ一 _ : <
∃Φ Γ Μ Χ , & < , Ζ 4 Φ Ε % < 4 Φ Π ∃> 4 Ε, ] <
 < 3 Χ 4≅ Μ Ω
Β Χ > Χ Φ Ι≅ Γ Η Ι五Χ Ο Ε”Π ΙΜ Β ΝΜ ΔΧ Φ Χ Χ Γ ϑ Χ Β ΧΜ ΔΙΕϑ 4 ΙΧ Π
ΗΕΧ ΔΠ < η Μ ΔΔ< % 4 ΙΔ< ∃Φ≅ Ι < , Σ Β < ∋ ΧΕ < , , ; 8
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3 4 Θ Ε, Ζ <
 < ∋ ΙΜ Π了 Γ Φ ΙΛ Χ Ο ΕΦ Π ΝΒ Χ4 Δ Φ Χ亡≅ 6
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Ζ Μ Β ΝΜ Δ即 Χ Γ Χ五4Β 4Κ Ι ΧΒ Ε≅ΙΕΚ≅ 汕。ΧΒι Χ Π ΕΦ Γ ΝΔΕΥ Μ Χ
Ο ΕΦ Π 4 Σ 4 ΕΦ ≅ Ι 4 ΒΦ Γ Π Χ Δ Ο ΕΦ ΝΒ Χ 4 Θ Φ Χ Ι < (< , Σ Β <
3 Χ Ι , ;
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五左Χ % 4 Μ Σ ΛΙΓ Φ , ] < 1 <
: < & ΗΗΧΚ Ι≅ Γ Η Ο ΕΦ Π −Β Χ4 −≅
Γ Φ ΙΜ Β ΝΜ ΔΧ Φ Χ Χ ΙΒ 4 Φ ≅ ς Γ Β Ι 4 Φ Π > ΕΧΒ Γ ΧΔΕ> 4 ΙΧ < , Σ Β <
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∀ Λ ΕΦ < ( < , //⊥ < & ΧΓ Δ < , ! 8 ! 6
 
7