《大气边界层概述》PPT课件

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1、主讲人张镭教授2010.8.边界层气象学说明：专业基础课，计划学时36，2学分总评成绩=作业+考勤+考试教材，基本内容1-4章，适当增减主要参考书赵鸣，苗曼倩，王彦昌，边界层气象学教程，气象出版社，1991Sutton,O.G.,1953,Micrometeorology.中译本，微气象学，高教出版社，1959莱赫特曼，D.Л.,1973,中译本，大气边界层物理，科学出版社，1982Haugen,D.A.edit,1973,WorkshoponMicrometeorology.中译本，微气象学，科学出版社，19

2、84Stull,R.B.,1988,AnIntroductiontoBoundaryLayerMeteorology.中译本，边界层气象学导论，气象出版社，1991Garratt,J.R.,1992,TheAtmosphericBoundaryLayer,CambridgeUniversityPress,UKOke,T.R.,1987,BoundaryLayerClimates,MethuenCo.Ltd,USA赵鸣，大气边界层动力学，高教出版社，2006主要参考杂志BoundaryLayerMeteorolo

3、gyJournalofGeophysicalResearch-AtmospheresGeophysicalResearchLettersAtmosphericChemistryandPhysics,AtmosphericChemistryandPhysicsDiscussionsJournalofAppliedMeteorologyJournalofAtmosphericSciencesQuarterlyJournaloftheRoyalMeteorologicalSocietyJournalofMeteoro

4、logicalSocietyofJapanAdvancesinAtmosphericSciencesTellusNature,Science大气科学，气象学报，高原气象，应用气象学报，热带气象学，…第一章大气边界层概述基本概念；边界层分层；厚度、结构；边界层大气及其运动特征；研究意义、方法、发展一．基本概念大气边界层(ABL:AtmosphericBoundaryLayer)离地面约1km以下的大气层，这层大气受地表面热力和动力影响很大，不能忽略。（而边界层以外的大气受地面影响微弱，可以忽略，称为自由大气）(P

5、BL:PlanetBoundaryLayer)边界层气象学(BLM:BoundaryLayerMeteorology)气象学的一个分支，研究边界层大气的物理现象、物理结构、运动规律（运动学、动力学、能量转化等）及其应用方法的一门学科。大气运动尺度划分为全球、区域、中、小尺度、微尺度。于是有一门主要研究微尺度气象学的分支，微气象学。微气象学(Micrometeorology)研究微尺度大气现象、大气运动基本规律。研究边界层必然包括研究微尺度过程。因此，二者基本上是同义语。二．大气边界层分层1.粘性副层：紧贴地面的

6、一薄层，分子粘性力远大于湍流切应力，分子输送过程处于支配地位。这一层的典型厚度1cm—几个cm，因此对多数实际问题而言，可以忽略它。粘性副层中由分子输送的热通量可表示为：为分子热扩散率（空气的分子热扩散率为210-5m/s）。典型的热通量值为0.2Km/s，由此计算的温度梯度为1.0104K/m，这相当于穿过1mm厚层的温差为10K。在骄阳似火的夏日，即使当时的气温只有25或30度，假如赤脚通过黑色的柏油马路，同地面表层一接触就感到灼热。灼热的表层温度可以使最低层几毫米的空气产生很大的温度梯度。2.近地

7、层（常通量层）：从粘性副层到50-100m，这一层大气运动呈现明显的湍流性质，湍流输送占有压倒优势作用。由于近地层中湍流强烈混合的结果，各物理属性的铅直输送通量近似为常值，故又称为常通量层。大气受地表动力和热力影响强烈，气象要素随高度变化激烈，运动尺度小，科氏力可略，气压梯度力可略。3.Ekman层（上部摩擦层）：从近地层以上到1-1.5km。湍流粘性力、科氏力和气压梯度力同等重要，需要考虑风随高度的切变。以上三层总称为大气边界层(ABL)或行星边界层(PBL)。在ABL以上，下垫面对大气的影响可忽略不计，气压

8、梯度力和科氏力达到平衡，为自由大气。三．边界层厚度和结构1.海洋上，由于海水上层强烈混合使海面温度日变化很小。此外，海水热容量大，海面温度日变化不明显，边界层厚度变化十分缓慢。边界层厚度的变化主要是由天气、中尺度垂直运动和不同气团平流引起的。2.陆地上，边界层具有轮廓分明、周日循环发展的结构。见图1.1（1）混合层：（2）残留层：日落前半小时，湍流在混合层中衰减形成的空气层，属中性层结