有限水域近水面氣流演化特征試驗研究*

高 昂，吳修鋒，吳時強，戴江玉，王芳芳，吳晨暉

(1：南京水利科學研究院，水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京 210029) (2：水利部太湖流域水治理重點實驗室，南京 210029)

全球71個典型湖泊研究結果表明，自1980s以來全球湖泊藍藻“暴發”整體呈加劇趨勢，水環境污染及水生態退化是湖泊面臨的普遍問題[1]. 秦伯強[2]在回顧太湖治理歷程的基礎上，發現目前湖沼學研究與湖泊物理環境和過程的結合度不夠，指出未來應深化空氣動力學、水動力學與生物地球化學等多學科交叉研究. 對于大多數湖泊而言，氣流是湖泊水體的主要驅動力之一，水氣相互作用對大氣與湖泊之間能量與物質傳遞至關重要[3]. 比如，當風速大于某一臨界值時，湖泊水面的氣體(如CO2、CH4等)傳輸速率與風速呈顯著正相關[4-5]，然而，不同研究得到的風速-氣體傳輸速率之間的關系存在較大差異，造成這種差異的主要原因之一是不同研究使用的風速測點高度不同(同一測線不同高度處風速不同). 為了減小這種差異，部分研究采用風速廓線公式外延計算得到水面上方10 m高度處風速u10，并建立u10與氣體傳輸速率的關系. 然而，對于面積有限的湖泊而言，摩阻風速u*和特征粗糙度z0與風速和吹程有關[3]，導致使用風速廓線公式過程中選取u*與z0時存在經驗性，仍會造成風速-氣體傳輸速率關系的不確定性. 可見目前對湖泊水域氣流動力參數選取方面還未達成一致，需要通過近水面氣流演化特征……