Abstract Free convection limit (FCL) approaches to estimate surface fluxes are of interest given the evidence that they may extend up to near neutral stability conditions. For measurements taken in the inertial sublayer, the formulation based on surface renewal theory and the analysis of small eddies (SRSE) to estimate the sensible heat flux (H) was extended to latent heat flux (LE) with the aim to derive their FCL approaches. For sensible heat flux (HFCL), the input requirements are traces of the fast-response (such as 10–20 Hz) air temperature and the zero-plane displacement. For latent heat flux (LEFCL), input requirements are fast response traces of water vapor density, mean temperature of the air, the available net surface energy (Rn-G, where Rn and G are the net radiation and soil heat flux, respectively) and the zero-plane displacement. Taking eddy covariance (EC) as a reference method, the performance of the FCL method was tested over a growing cotton field that involved three contrasting surfaces: partly mulched bare soil, a sparse canopy and a homogeneous canopy. Using traces at 10 Hz and 20 Hz, HFCL overestimated and underestimated the EC sensible heat flux (HEC), respectively. In general, LEFCL tended to slightly underestimate LEEC. The surface energy balance closure show that (HEC + LEEC) underestimated (Rn-G) in a range of 19% (homogeneous canopy) and 8% (sparse canopy). Given that, in general (HFCL + LEFCL) was closer to (Rn-G) than (HEC + LEEC), the FCL method may be recommended for field applications, especially when the wind speed is not available.

中文翻译：

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一种新的自由对流形式，用于估计不稳定情况下的显热和潜热通量

摘要 自由对流极限 (FCL) 估计表面通量的方法是令人感兴趣的，因为有证据表明它们可以扩展到接近中性的稳定条件。对于在惯性子层中进行的测量，基于表面更新理论和小涡流分析 (SRSE) 的公式来估计显热通量 (H) 扩展到潜热通量 (LE)，目的是推导出它们的 FCL 方法. 对于显热通量 (HFCL)，输入要求是快速响应（例如 10–20 Hz）空气温度和零平面位移的轨迹。对于潜热通量 (LEFCL)，输入要求是水蒸气密度、空气平均温度、可用净表面能（Rn-G，其中 Rn 和 G 分别是净辐射和土壤热通量）的快速响应曲线和零平面位移。以涡度协方差 (EC) 作为参考方法，FCL 方法的性能在涉及三个对比表面的生长棉田上进行了测试：部分覆盖的裸土、稀疏冠层和均质冠层。使用 10 Hz 和 20 Hz 的轨迹，HFCL 分别高估和低估了 EC 感热通量 (HEC)。总的来说，LEFCL 倾向于略微低估 LEEC。表面能平衡闭合表明 (HEC + LEEC) 在 19%（均质冠层）和 8%（稀疏冠层）的范围内低估了 (Rn-G)。鉴于通常（HFCL + LEFCL）比（HEC + LEEC）更接近（Rn-G），FCL 方法可能被推荐用于现场应用，特别是当风速不可用时。FCL 方法的性能在涉及三个对比表面的种植棉田上进行了测试：部分覆盖的裸露土壤、稀疏的树冠和均质的树冠。使用 10 Hz 和 20 Hz 的轨迹，HFCL 分别高估和低估了 EC 感热通量 (HEC)。总的来说，LEFCL 倾向于略微低估 LEEC。表面能平衡闭合表明 (HEC + LEEC) 在 19%（均质冠层）和 8%（稀疏冠层）的范围内低估了 (Rn-G)。鉴于通常（HFCL + LEFCL）比（HEC + LEEC）更接近（Rn-G），FCL 方法可能被推荐用于现场应用，特别是当风速不可用时。FCL 方法的性能在涉及三个对比表面的种植棉田上进行了测试：部分覆盖的裸露土壤、稀疏的树冠和均质的树冠。使用 10 Hz 和 20 Hz 的轨迹，HFCL 分别高估和低估了 EC 感热通量 (HEC)。总的来说，LEFCL 倾向于略微低估 LEEC。表面能平衡闭合表明 (HEC + LEEC) 在 19%（均质冠层）和 8%（稀疏冠层）的范围内低估了 (Rn-G)。鉴于通常（HFCL + LEFCL）比（HEC + LEEC）更接近（Rn-G），FCL 方法可能被推荐用于现场应用，特别是当风速不可用时。HFCL 分别高估和低估了 EC 感热通量 (HEC)。总的来说，LEFCL 倾向于略微低估 LEEC。表面能平衡闭合表明 (HEC + LEEC) 在 19%（均质冠层）和 8%（稀疏冠层）的范围内低估了 (Rn-G)。鉴于通常（HFCL + LEFCL）比（HEC + LEEC）更接近（Rn-G），FCL 方法可能被推荐用于现场应用，特别是当风速不可用时。HFCL 分别高估和低估了 EC 感热通量 (HEC)。总的来说，LEFCL 倾向于略微低估 LEEC。表面能平衡闭合表明 (HEC + LEEC) 在 19%（均质冠层）和 8%（稀疏冠层）的范围内低估了 (Rn-G)。鉴于通常（HFCL + LEFCL）比（HEC + LEEC）更接近（Rn-G），FCL 方法可能被推荐用于现场应用，特别是当风速不可用时。