大气边界层气象学研究综述

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1、第21卷第3期干旱气象Vol.21NO.32003年9月ARIDMETEOROLOGYSep,2003文章编号:1006-7639(2003)-03-0074-05大气边界层气象学研究综述张强(中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃兰州730020)摘要:文中回顾了大气边界层气象学的发展历史,总结了目前大气边界层气象学的主要进展,并指出国内外在未来大气边界层气象学研究方面面临的一些主要科学问题,以及对未来大气边界层气象学的发展方向提出若干建议,同时还指出了大气边界层气象学在思想上和方法上应该注意的一些相关问题。关键词:大气边界气象学;研究进展;主要问题;发展方

2、向中图分类号:P404文献标识码:A引言有稳定的运动方向,但它能够象分子运动一样通过其随机运动过程有规律地传递物质和能量。从什么是边界层?广义讲:在流体介质中,受边界[1]1915年由Taylor提出大气中的湍流现象到1959相对运动以及热量和物质交换影响最明显的那一层[2]年Priestley提出自由对流大气湍流理论,可以说,流体。具体到大气边界层,是指受地球表面摩擦以到20世纪50年代以前经典的湍流理论基本上已经及热过程和蒸发显著影响的大气层。大气边界层厚形成。以后,湍流理论基本上再没有出现大的突破。度,一般白天约为1.0km,夜间大约在0.2km左右

3、,[3]1905年Ekman从地球流体力学角度提出了地表提供的物质和能量主要消耗和扩散在大气边界著称于世的Ekman螺线,在此基础上形成了行星边层内。大气边界层是地球-大气之间物质和能量交界层的概念,他的基本观点仍沿用至今。1961年,换的桥梁。全球变化的区域响应以及地表变化和人[4]Blackadar引入混合长假定,用数值模式成功地得类活动对气候的影响均是通过大气边界层过程来实到了中性时大气边界层具体的风矢端的螺旋图象。现的。行星边界层的提出使人们认识到了大气边界层在大气中的特殊性和一些奇妙的规律。1大气边界层气象学发展历史从20世纪50年代开始,由于农

4、业、航空、大气大气边界层气象学是大气科学中一门重要的基污染和军事科学的需要,掀起了大气边界层研究的[5]础理论学科,大气边界层气象学的发展,不仅受到观高潮。1954年,Monin和Obukhov提出了具有划测系统和探测技术的制约,也受到数学、物理学等基时代意义的Monin—Obukhov相似性理论,建立了础支撑学科发展水平的影响,并随着它们的发展而近地层湍流统计量和平均量之间的联系。1982年,[6]发展。大气边界层气象学是以湍流理论为基础的,Dyer等利用1976年澳大利亚国际湍流对比实验研究大气和它下垫面(陆面和洋面)相互作用以及地ITCE对其进行完善

5、,使得该理论有了极大的应用[7]球—大气之间物质和能量交换的一门新型气象学科价值。1971年Wyngaard提出了局地自由对流近分支。似,补充了近地面层相似理论在局地自由对流时的什么是湍流?英文湍流为“turbulence”,日文空白。为“乱流”,湍流简单定义:流体微团进行的有别于一从20世纪70年代开始,随着大气探测技术和般宏观运动的不规则的随机运动,从宏观上看,它没研究方法的发展,特别是雷达技术,飞机机载观测,收稿日期:2003-07-23;改回日期:2003-09-10作者简介:张强(1965-),男,甘肃靖远人,研究员,主要从事大气边界层、陆面过程

6、、绿洲气象学、中尺度数值模拟和城市大气环境等领域的研究.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net3期张强:大气边界层气象学研究综述75[19]系留气球和小球探空观测以及卫星遥感和数值模拟胡隐樵等和张强首次发现了邻近绿洲的荒漠大等手段的出现,大气边界层的研究开始从近地层向气逆湿,并总结提出了绿洲与荒漠相互作用下热力整个边界层发展。简洁地概括,对大气边界层物理内边界层的特征等等。结构研究贡献最突出的是两大野外实验和一

7、个数值国内外有关大气边界层和大气湍流的专著已有实验,即澳大利亚实验的Wanggara和美国的Min2数十本,其中,起里程碑作用的几本专著对大气边界[20]nesota实验以及Deardorff的大涡模拟实验。层的发展做出了特殊贡献。1953年Sutton著的[21]相似性理论是大气边界层气象学中最主要的分《微气象学》、1973年Haugen等著的《微气象学》、析和研究手段之一,在建立了比较成熟的用于描述[22]1984年Panofsky等著的《大气湍流》、1988年大气近地面层的Monin—Obukhov相似性理论以[23]StuII著的《边界层气象学导论

8、》和1992年Gar2后,人们开始寻求类似的全边界层的相似性理论。