文章概要：大氣湍流特征參數(shù)的準(zhǔn)確獲取，對(duì)于渦度相關(guān)測(cè)量，風(fēng)能研究以及大氣數(shù)值模型的驗(yàn)證至關(guān)重要。超聲風(fēng)速傳感器在研究湍流特征領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，然而該類測(cè)風(fēng)儀器卻容易受到流場(chǎng)畸變效應(yīng)的影響（探頭或安裝支架對(duì)風(fēng)場(chǎng)的影響）。不少科研工作者在研究修正該效應(yīng)對(duì)風(fēng)測(cè)量的影響，比如使用不同型號(hào)的超聲傳感器進(jìn)行野外對(duì)比，或者在風(fēng)洞中進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)，然而這些試驗(yàn)由于缺乏可靠的參考標(biāo)準(zhǔn)或真實(shí)的湍流環(huán)境，其結(jié)論的可靠性一直飽受爭議。PTB多普勒雷達(dá)是一款新型的遙感測(cè)量設(shè)備，其與三維超聲風(fēng)速傳感器具有非常相近的空間和時(shí)間采樣特征，而且不會(huì)受到任何流場(chǎng)畸變效應(yīng)的影響，因此本文利用多普勒雷達(dá)作為參考標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)證CSAT3B測(cè)量結(jié)果的可靠性。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：田間比對(duì)實(shí)驗(yàn)在位于德國布倫瑞克一個(gè)新近收獲的玉米田的邊界（52.2943°N, 10.4461°E）上進(jìn)行的。CSAT3B安裝在拖車頂部的氣動(dòng)伸縮式桅桿上，安裝高度為30.5 m，朝向?yàn)?70°。PTB激光雷達(dá)架設(shè)在拖車西側(cè)約9 m的位置。測(cè)量時(shí)間從2018年09月14 日9點(diǎn)持續(xù)到2018年9月27日 6點(diǎn)（UTC）。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：文章對(duì)兩個(gè)設(shè)備的平均風(fēng)速，垂直風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差以及摩擦速度的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果表明：平均風(fēng)速，垂直風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的對(duì)比結(jié)果具有非常好的一致性，相關(guān)系數(shù)均大于0.99，RMSE分別是0.082和0.017m/s。摩擦速度的相關(guān)系數(shù)為0.97，RMSE為0.042m/s。
此外，本文還對(duì)陰影校正對(duì)測(cè)量結(jié)果的修正進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：由Horst提出的H15陰影校正并不能有效地提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因?yàn)樗鼤?huì)人為地引入三個(gè)風(fēng)速分量之間的相關(guān)性，在高頻區(qū)域嚴(yán)重扭曲了協(xié)譜的形狀（下圖灰線為使用H15修正后的協(xié)譜曲線）。
結(jié)語：CSAT3B三維超聲傳感器測(cè)量結(jié)果的可靠性得到充分驗(yàn)證，尤其是在垂直風(fēng)速脈動(dòng)測(cè)量上非常精確，幾乎不受流場(chǎng)畸變效應(yīng)的影響。CSAT3B能夠非常好地滿足渦度相關(guān)測(cè)量的理論需求，從而幫助科研工作人員在通量研究上獲取準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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