有两个不同的方程可用来表达表面层的稳定性。其一为里查孙数(Ri):
其二为:
式中g为重力加速度;L为莫宁一奥布霍夫长度;H为显热通量。
Ri与(z-d)/L之间的经验关系,在中性和非稳定条件下为:
Ri≈(z-d)/L (16.42)
但是在稳定条件下:
由于k,kh,km,φh和φm等,都是互相关联的,现在今k=0.4,得出一组关系判定表面层的稳定性状况:
(1)不稳定的即(z-d)/L<0:
(2)稳定条件下即(z-d)/L>0:
φm=1 4.7(z-d)/L (16.46)
φh=φm
关于表面层的湍流扩散传输问题,当然是相当复杂的,但由于它紧密关联着物质和能量在这一层中的交换和平衡,因此又是十分重要的。从以上的叙述中我们有几点需要讨论:
(1)先前的假设认为,所有的通量都是垂直的。为了确保该假设的合理性,至少需要有100倍于测量高度的来流路径,即希望有一个尽量均匀的植物群体下垫面。
(2)这些方程的应用,首先要求有相当精确的风速、温度、水汽和CO2浓度的剖面测量。这些数值的梯度是不大的,但它们随着时间的变化却很大。例如,一个晴朗的夏日,1米高植物之上2米处的平均温度,比在3米高处要高出1℃,但在相对静止的30分钟内,每个高度的温度变化范围则为±2.0℃。CO2的浓度测量要求达到0.1ppm的精度。
(3)所感兴趣的通量,应当包括该表面和低于该表面的一切源泉。因此,来源于土壤中的通量,不可能从总的通量中被分开。
(4)由这些方程所得到的有关动量、显热、水汽和CO2等通量,是对于植物加土壤的净通量。