Wilson, J.D., Flesch, T.K., and Harper, L.A.(2001) Micro-meteorological methods for estimating surface exchange with a disturbed windflow, Agric. For. Meteorol. 107(3), 207-225
攪乱風に伴う地表面ガス交換速度の推定のための微気象学的手法
Abstract
本論文は、放出源上あるいは、放出源の風下の濃度測定から見積もられる微量ガスフラックスの精度を調査する。その放出源は局地風および微気候を攪乱する。馴染み深い傾度法は、地表面近くのコンスタントフラックス層において注意深く適用されるとしても、水平均一風と安定を仮定している。風が実際に移流的(advective)（すなわち、攪乱風）であれば、誤差が生じ、その状態は風下方向に発達する。
　例として、小さな湖沼から気体が均一に蒸発(Q, kg m-2s-1する場合をとりあげる。Rao-Wynaad-Coteの局地移流モデルを改良し、実際の攪乱流の観測で検証する。すなわち、陸面上と湖面上の風、温度、微量ガス濃度の場を計算する。これらのデータから（既知の）放出源強度Qの何通りかの見積りを行う。水平フラックス(QIHF)の積算結果を、後方発展のラグランジュ確率法に基づく放出源−吸収体関係を用いた値(QbLS)ともっとも適合するようにする。傾度法による見積り(QFG)は、誤差において非常に深刻であり、攪乱流に対して注意をもって使用すべきである。この知見は、湖沼上の流れという一例を越えて、一般性を持っている。
1. Introduction
微気候の空間多様性→多くの地表面−大気間の交換速度測定法にとって、不適切な状態
攪乱流＝気象学的専門用語は「移流」
局地移流モデル（Rao et al.(1974) Local advection of momentum, heat, and moisture in micrometeorology, Bound.-Layer Meteorol. 7, 331-348）を改良。（Kroon, 1985; Bink, 1996で使用：ボーエン比法への警告）
2. Measuring surface fluxes
傾度法、モニンオブコフ長、普遍関数、カルマン定数、プランドル数、シュミット数
2.1 Vertical fluxes by eddy-covariance
渦相関法、エネルギーインバランスの問題、移流（平均鉛直流）項の必要性
2.2 Vertical fluxes from gradients in uniform conditions
大気安定度、リチャードソン数、安定度パラメタz/L、実験的手法、長期で誤差拡大
2.3 Vertical fluxes from gradients in non-uniform conditions
水平（主風）方向へも傾度法を適用。内部境界層、拡散係数の導出が困難
2.4 Mass balance technique
大気柱において主風方向へ質量保存→放出源平均強度（大気水収支法などとして一般的）
2.5 Backward Lagrangian stochastic source-receptor method
後方発展ラグランジュ確率放出源−吸収体法（Flesch et al.(1995) Backward-time Lagrangian stochastic dispersion models, and their application to estimate gaseous emissions, J. Appl. Meteorol. 34, 1320-1332）
（その基礎となるラグランジュ確率法（Wilson&Sawford, 1996)は、一般的に利用されている）
点Pから時間的にも空間的にも逆戻りする軌道の集合としてモデル表現。
3. Modification and testing of a local-advection model
（省略）基礎式、対象領域へ適用のための修正、受動的スカラーの追加、数値解の導出、計算結果
4. Estimates of lagoon emissions in a synthetic lagoon flow
風上：陸面z0=0.01、地表面温度Tup、安定度L：不安定-23; 中立-2300; 安定48
風下：湖面z0=0.001、水面温度Tlag、安定度L：いろいろ
4.1 Comparison of estimates of the tracer flux Q by various techniques
傾度法FG：濃度差参照高度を３セット、水平不均一用に拡散係数を補正(Sc=0.63)
大気水収支法IHF：≒Q　主風方向への乱流輸送を無視
ラグランジュ法BLS：風上側風速分布で均一と仮定(UP）、風下側風速分布で均一と仮定(DOWN)
5. Conclusion
傾度法への系統だった補正法を推論してはいない。他にもいろいろ補正すべき点があるから。
しかし、移流が卓越する場での傾度法の適用に対する大きな警告にはなった。
大気水収支法は魅力的な方法であるが、観測への負担が大きく、現実的でない。
ラグランジュ法は、観測への負担が小さい（２点の濃度でよい）。
実際の湖面は均一放出源ではないので、単純ではないが、原理的には非常に良い方法である。
移流が卓越する場においては、放出源−吸収体関係を用いてフラックスを見積もるのが、最も良い解であろう。