次中尺度运动是一类大气现象，其空间尺度常介于微尺度（大约几百米）和中尺度（大约几千米）之间，时间内尺度则在几分钟到几十分钟之间。常见的大气密度流、孤立波、重力波、低空急流、微冷锋、水平蜿蜒流等都可归为次中尺度运动。稳定大气边界层（SBL）中湍流的统计特征会受到非平稳的次中尺度运动的影响，这限制了湍流相似理论在稳定边界层中的应用，导致稳定边界层内的温度、风速等气象要素的预报存在显著的不确定性。

中国气象局乌鲁木齐沙漠所气象研究所王敏仲研究员和张海亮副研究员提出了一种利用离散正交小波变换对大气运动中的次中尺度运动进行识别和滤波的方法，并基于2021年6月29日至7月31日的塔克拉玛干沙漠夜间稳定边界层的高频三维风速和空气虚温观测数据，分析了滤除次中尺度运动前后湍流相似性关系的变化特征，旨在更深入地了解次中尺度运动对塔克拉玛干沙漠夜间稳定边界层相似性关系的影响特征和作用机制。

结果表明：次中尺度运动确实以不同的方式对稳定边界层内的相似性关系产生了实质性的影响。去除次中尺度运动后，不同平均时间的无量纲风速标准差变得更加一致，其相关系数显著提高，均方根误差显著降低。次中尺度运动本身对风速通量与廓线的关系没有直接和显著的影响。在强稳定状态下，由偶发性次中尺度运动引起的湍流间歇性增强似乎导致了观测的风速的通量与廓线的关系显著偏离了经典的Businger-Dye关系。随着稳定性的增加，次中尺度运动对湍流间歇性的影响也更为显著。在稳定边界层中，次中尺度运动对湍流强度与风速的关系有显著影响。偶发的次中尺度运动似乎是低风速下出现中等湍流强度的直接原因。水平风速变化主要受次中尺度运动的影响，而垂直风速变化则主要与小尺度湍流有关。这些发现可能有助于更准确地理解稳定边界层中次中尺度运动对相似性关系的影响，并为稳定边界层中湍流数值建模提供更真实稳定的小尺度湍流的相似性关系。

相关成果以“Impacts of submesoscale motions on similarity relationships based on nocturnal observations in the Taklimakan Desert”为题发表在Theoretical and Applied Climatology，论文第一作者为沙漠所张海亮副研究员。该研究得到新疆维吾尔自治区杰出青年科学基金以及天山创新团队项目联合资助。

（作者：张海亮 校对：吴烨 徐文静 审核：姚俊强 赵玲）

原文信息： Zhang, H., Wang, M.*, He, Q., Mamtimin, A., Liu, J., & Li, H. (2024). Impacts of submesoscale motions on similarity relationships based on nocturnal observations in the Taklimakan Desert. Theoretical and Applied Climatology, 155(8), 7629-7649.

文章链接：https://doi.org/10.1007/s00704-024-05070-x