壁湍流近壁流动信息在实验中难以直接测量,并且是大涡模拟计算精度的关键,为此最近提出的近壁湍流预测模型将大尺度相干结构对小尺度的叠加与幅值调制效应分别量化于其公式线性项与非线性项,实现了中等雷诺数的近壁预测,受到广泛关注。但由于缺少极高雷诺数下的标定实验,这些模型被证实无法可靠地应用于此;且它们均无法预测对数区中上部湍流信息,这些信息于工程应用同样极富价值;更重要的是现有模型对幅值调制的表征仍存在缺陷,其中的多尺度效应和时间差未被妥善考虑,这将限制模型预测能力,给极高雷诺数流场的预测带来巨大挑战。本文基于在中国西部地区的青土湖观测获得的近中性大气表面层高质量流场数据,补充了Reτ～O（10~6）下模型的标定-预测研究,解决了高雷诺数壁湍流不同高度风速预测的困难。首先讨论两类主流线性项预测方法在大气表面层预测中的差异,明确了线性项主要影响预测总能量及偶阶矩,并首次揭示谱线性随机估计方法用于大气表面层双向预测的适用性,因为输入信号在其上、下部均存在强烈叠加。另讨论了模型非线性项的作用:它将小尺度普适信号能量在时域重分配并决定预测结果的能量分布与奇阶矩精度;随后重点分析了幅值调制的多尺度效应和时间差于量化其强度的重要意义,并展示了将它们分别纳入模型后普适信号性质的改善。最终在同步考虑两个因素时揭示出各高度真实的幅值调制情况,准确给出了调制尺度截断波长及调制时间差随高度的分布,由此修正了现有模型非线性项,提出了一个自输入双向预测的、能更准确量化幅值调制的改进方案,并验证其在预测信号能量分布、奇阶矩上的出色效果,同时具有推广至其余流动的极佳潜力。