地气之间的能量与物质交换主要依赖湍流输送完成，其准确估算直接关系到边界层结构认识、生态系统碳收支评估以及天气气候模式参数化。涡动相关法（EC）是目前地气交换通量估算中应用最广泛的方法，但其有效性依赖于湍流统计量在平均窗口内近似平稳。然而，在黄土高原等复杂下垫面上，湍流信号常与次中尺度扰动等低频过程混合，表现出显著非平稳性，导致通量估计具有明显的尺度混杂和方法依赖。针对这一问题，兰州大学任燕教授团队以SACOL站高频大气湍流观测数据为基础，并结合人为构造的非平稳数据集，引入互补集合经验模态分解（CEEMD），建立了非平稳条件的地气交换通量多尺度分解框架，实现了小尺度湍流与低频次中尺度贡献的识别和分离。
图 1 非平稳条件下地气交换通量多尺度分解方法流程
将该方法应用于黄土高原SACOL观测资料后发现，相较于传统EC总通量，分离得到的小尺度湍流通量极端值明显减少，日变化更加清晰，月平均动量、感热、潜热和CO2通量分别降低约26%、3%、15%和25%；且随着非平稳性增强，低频成分对总通量的贡献比例持续升高。该研究不仅揭示了强非平稳背景下低频运动对地气交换评估的显著影响，也为复杂下垫面通量诊断、跨站点比较以及边界层参数化改进提供了新的方法支撑。
图 2 不同非平稳等级下低频通量贡献比例（LFF）的变化特征
文章信息：Yue Xu, Yan Ren, Hongsheng Zhang, Jiening Liang, Xianjie Cao, Pengfei Tian, Jiayun Li, Lei Zhang. (2026). Multiscale decomposition of non-stationary land-atmosphere exchange fluxes over the loess plateau. Theoretical and Applied Climatology, 157, 337. https://doi.org/10.1007/s00704-026-06233-8
