COLLABORATIVE RESEARCH: The Role of Canopy Structure on Variability of Water and Heat Fluxes from Forested Watersheds
合作研究:冠层结构对森林流域水和热通量变化的作用
基本信息
- 批准号:9903471
- 负责人:
- 金额:$ 14.39万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:1999
- 资助国家:美国
- 起止时间:1999-09-01 至 2002-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
9903471 KatulThis study investigates the exchange of water vapor, energy, and momentum between forested watersheds and the atmospheric boundary layer (ABL), using a combination of emerging tools in numerical simulation of turbulent flow and transport through and above plant canopies and recent result from a comprehensive field campaign. The field experiment, conducted in October of 1997, included seven research groups measuring land surface fluxes of water vapor, heat, carbon dioxide, and momentum on seven towers situated within a pine forest at Duke Forest near Durham, North Carolina. The data set studied here is the first comprehensive experiment that includes simultaneous velocity statistics and flux measurements at as many as seven locations in the canopy sublayer of a forest along with detailed leaf area density profile measurements in space. To explore and generalize the relationship between forest structure and observed heat and water vapor fluxes, an investigation using three-dimensional Large Eddy Simulations (LES) is proposed. These simulations are the first to explicitly consider variability in leaf area density in space and employ radiative transfer schemes to realistically account for energy attenuation by foliage elements. The simulations, which treat the foliage as a multiply-connected porous medium, will permit investigating how the spatial structure of forest canopies interact with energy/radiation and the turbulent transport dynamics to give rise to the observed spatial patterns in land surface flux fields within and above the canopy. An anticipated result is an understanding of what spatial variability in fluxes could be attributed to spatial variability in canopy structure for flux measurements within the canopy sublayer. The results from this study will guide future field experiments that seek to estimate forest-wide average fluxes from tower measurement and will rigorously assess the range of applicability of one-dimensional canopy models.
9903471 Katulthis研究调查了森林流域和大气边界层(ABL)之间的水蒸气,能量和动量的交换,使用了在数值模拟湍流和通过植物罐装的数值模拟中的新兴工具的组合,以及一场全面的现场活动的最新结果。 该实验实验于1997年10月进行,包括七个研究小组,测量了位于北卡罗来纳州达勒姆附近杜克森林的七个塔楼的水蒸气,热量,二氧化碳和动量的陆地表面通量。 此处研究的数据集是第一个全面的实验,其中包括在森林的树冠覆盖物中多达七个位置的同时速度统计和通量测量,以及空间中详细的叶子面积密度谱测量值。 为了探索和推广森林结构与观察到的热量和水蒸气通量之间的关系,提出了使用三维大型涡流模拟(LES)进行的研究。 这些模拟是第一个明确考虑空间中叶面积密度变化的方法,并采用辐射转移方案,以实际考虑叶子元素的能量衰减。 将叶子视为多孔多孔培养基的模拟将允许研究森林檐篷的空间结构如何与能量/辐射和湍流传输动力学相互作用,从而导致盖层内外观察到的空间图案。 一个预期的结果是了解通量中哪些空间变异性可以归因于冠层子层内通量测量的冠层结构的空间变异性。 这项研究的结果将指导未来的现场实验,这些实验试图从塔测量值中估算整个森林范围的平均通量,并将严格评估一维树冠模型的适用性范围。
项目成果
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