報告書番号

V07007

タイトル（和文）

シンチロメータによる林冠上の大気乱流構造の解析および簡易適用手法の開発

タイトル（英文）

Analysis of the turbulence structure of atmosphere over a forest canopy using a practical application of a scintillometer on flux measurement

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

乱流フラックス測定における誤差要因と考えられる森林上の不均一な大気乱流構造の特徴を明らかにするとともに、シンチロメータを簡易に適用する手法の開発を目的として、長野県の平均樹高18mの落葉広葉樹林上28mにおいて2005年に実施したシンチロメータと渦相関法の同時観測結果から、以下の成果を得た。
86m離して設置した高さ28mの2基のタワーにおける渦相関法による乱流フラックスには明確な差異が認められ、大規模かつ不均一な乱流構造に起因する鉛直移流が生じていることが示唆された。フラックス測定におけるソースエリアが広いシンチロメータは、局所的な鉛直移流の影響を平均化する効果がある。不均一な乱流構造の存在が懸念される乱流フラックスサイトでは、シンチロメータを適用することで、測定精度の改善が期待できる。
測定パスが直交する2組のシンチロメータの同時測定を行い、シンチロメータの送受信機間の距離が長くなるほどフラックス測定におけるソースエリアが広くなることを明らかにした。さらに、この関係を利用して、異なるシンチロメータの測定パス長におけるインバランス率の変化から、大気乱流構造の不均一さのスケールを明らかにできることが分かった。
既存の森林フラックスサイトでは、観測タワーが通常1本しか設置されていないため、シンチロメータを適用する上で、新たなタワー建設のためのコストや立地上の制約が課題であった。そこで、高所作業車を一時的な観測タワーとするシンチロメータの簡易適用法について検討し、現地観測によって手法の有効性を確認した。本手法を既存の森林フラックスサイトに適用し、渦相関法とシンチロメータを一定期間同時に運用することで、大気乱流構造の不均一さの調査および渦相関法に対する補正関数の取得が可能である。渦相関法の結果を補正する場合、蓄積されてきた過去の渦相関法データも有効に活用でる点にも本手法の意義がある。

概要 （英文）

A practical application method was developed for using a scintillometer for flux measurement over a forest canopy.
We used two sets of eddy-covariance (EC) systems with 28-m towers during May--November 2005 over a mixed deciduous forest of 18 m height.
Results showed an apparent spatial variation in the turbulent flux between the two towers, which were separated by 86 m distance. A large turbulent organized structure was formed. It is conceivable that the large scale turbulence structure generates local vertical advection and causes an energy imbalance of flux measurements, which is the criterion of flux measurement bias. The scintillometer was less influenced by local vertical advection because it has a larger source area of flux measurement. Improvement of measurement accuracy can be expected by the application of the scintillometer at sites with a stationary turbulent organized structure.
A mobile elevating working platform was used as an additional tower to establish two orthogonal measurement paths of the displaced-beam small aperture scintillometer (DBSAS). As expected, the source area of flux measurement was found to be larger according to the measurement path length of DBSAS. Examination of the scale of turbulent organized structure becomes possible through simultaneous operation of the EC system and the DBSAS with different path lengths. Measurement of the relative turbulence intensity to determine the correction coefficients of the EC value into the corresponding DBSAS did not require a long period because the measurements were within the range necessary for the analyses to be done frequently. The mobile elevated working platform is applicable at low cost. Scintillometer correction using the mobile elevating working platform is one solution that is useful at sites which pose difficulties for flux measurement.

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