謝正義臺灣大學：生物環境系統工程學研究所黃立中Huang, Li-ChungLi-ChungHuang2007-11-272018-06-292007-11-272018-06-292004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/56103本論文研究植被層之紊流結構(turbulent structure)，係採用森林植被層內及上方量測所得之三維風速與溫度數據為基礎，分別計算出各種由風速與溫度所衍生出的統計斷面，包含了縱向風速(longitudinal velocity)、顯熱通量(sensible heat flux)、動量應力(momentum stress)、標準差(standard deviation)、偏態係數(skewness coefficient)、峰度係數(kurtosis coefficient)與相關係數(correlation coefficient)等在各種不同熱穩定度下的平均斷面(the mean profiles for all thermal stabilities)。研究中並以局部的熱通量斷面(local heat flux profile)取代了廣泛應用於大氣近地層(surface layer)的熱穩定度係數(thermal stability coefficient)，作為判斷整個植被層熱穩定度的依據。此外，研究中並採用紊流象限分析(quadrant analysis)、躍動分析(ramps anlaysis)、夏儂熵(Shannon entropy)、自關聯性(autocorrelation)分析及相關聯性(crosscorrelation)分析等用以瞭解紊流之結構特徵。本研究旨在瞭解不同的熱穩定度條件對於植被紊流結構所產生的影響，而研究中所提出的各種統計斷面和分析結果，將有助於發展出更精確的拉格郎君序率推估模式(Lagrangian stochastics models)。 研究中所發現較重要的結論包括：1)植被上下層各具有不同的縱向紊流風速特性；2)研究中所提出的高斯熵不足額(Gaussian entropy deficit，簡稱為GED)能有效運用於辨識高斯紊流分佈，且準確性優於高次統計所預期的分佈結果；3)熱穩定度對於較低次的風速統計影響不明顯，然而對於較高次的風速統計和所有的溫度統計則有較顯著的影響；4)渦旋大小(eddy size)隨熱通量減少而增加。This study investigates the canopy turbulence structure. Three-dimensional velocities and temperature were measured within and just above a pine forest. Vertical profiles of horizontal velocity, sensible heat flux, momentum stress, standard deviation, skewness coefficient, kurtosis coefficient and correlation coefficient are calculated for different thermal stabilitity conditions. In this study, the thermal stability is depends on the local heat flux profile instead of the thermal stability coefficient, usually used in the surface layer. Furthermore, this study analyzes the structure of canopy turbulence by quadrant analysis, ramps analysis, autocorrelation, crosscorrelation, and shannon entropy. The purpose of this study is to understand the structure of the canopy turbulence under different thermal stabilities, and aims at a parameterization framework of turbulent statistics for implementation in the Lagrangian stochastics models. The most important results include: 1) the turbulence characteristics of longitudinal velocity for the upper canopy and the lower canopy are different; 2) Gaussian entropy deficit is more efficient in identifying the Gaussian turbulence than the higher-order statistics; 3) thermal stability did not play an important role in lower-order velocities statistics but influence obviously on the statistics of the higher-order velocities and all temperature; 4) the eddy size is increased with decreasing the heat flux.中文摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 圖目錄 V 表目錄 IX 第一章、緒論 1 第二章、現場量測 3 2.1基地簡介 3 2.2紊流結構的量測 3 2.3量測資料處理 4 第三章、分析方法與資料處理 9 3.1熱穩定度的分類 9 3.2紊流風速的象限分析 11 3.3兩點間的關聯性分析 12 3.3.1自關聯性分析 12 3.3.2相關聯性分析 13 3.4 熵分析 14 第四章、結果與討論 20 4.1群體平均的統計分析 20 4.1.1日通量與溫度變化 20 4.1.2紊流統計的特性 22 4.1.2.1較低次的風速統計 22 4.1.2.2較高次的風速統計 24 4.1.2.3溫度統計 25 4.2象限與躍動分析 26 4.2.1象限分析 26 4.2.2躍動分析 28 4.3熱穩定度分析 30 4.3.1紊流統計 30 4.3.2紊流的機率密度函數 32 4.3.3詳細的熵分析 33 4.3.4風速統計的回歸 34 4.4時間序列分析 37 4.4.1自關聯性分析 37 4.4.2相關聯性分析 37 第五章、結論 81 5-1總結 81 5-2未來發展建議 83 參考文獻 85 附錄 882643826 bytesapplication/pdfen-US森林植被紊流結構紊流統計相干性渦旋自關聯性象限分析熱穩定度渦旋大小相關聯性熵statisticsCanopy turbulenceThermal stabilitythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/56103/1/ntu-93-R91622034-1.pdf