大气边界层概述1

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1、边界层气象学教程研究内容研究方法研究意义研究进展大气边界层高度(km)每升高100m，气温降低0.65℃O3大气边界层？atmosphericboundarylayer定义定义1.大气的最低部分受地面影响的一层，平均厚度为地面以上1km范围，以湍流运动为主要特征。定义2.靠近地球表面、受地面摩擦阻力影响的大气层。从地表向上，其厚度随地面粗糙度和风速的增大或大气不稳定度的增强而增加，变化的范围在三四百米到一两千米之间。因该层内空气运动明显受地面摩擦作用的影响，又称摩擦层。就整个地球大气而言，该层只不过是紧贴地球表面的很薄的一层大气。一般而言

2、，行星和行星大气之间，都存在因和行星表面摩擦而引起的这种边界层，故又称行星边界层。表征现象：观察从烟囱冒出的烟气，其行迹紊乱，烟云边缘不断向下风向扩展。一、研究内容大气边界层研究的主要内容包括：1.大气边界层中的湍流特征；2.边界层中各物理量（如动量、热量、水汽等）的湍流输送；气溶胶、二氧化硫、二氧化碳等的湍流扩散；3.大气边界层内风、温度、湿度等气象要素的铅直分布及随时间的变化规律—相似理论；4.近地层湍流大气微结构、湍流统计特征；5.大气边界层的数值模拟。二、研究意义大气边界层是地球—大气之间物质和能量交换的桥梁。地表提供的物质和能量

3、主要消耗和扩散在大气边界层内。全球变化的区域响应以及地表变化和人类活动对气候的影响均是通过大气边界层过程来实现的。大气边界层的物理知识，对大尺度天气过程的演变、长期预报和气候理论等问题的研究，都是很重要的。污染扩散是在大气边界层中进行的。PhysicsandDynamicsOptions_PlanetaryBoundarylayer(bl_pbl_physics)a.YonseiUniversityscheme:Non-local-KschemewithexplicitentrainmentlayerandparabolicKprofil

4、einunstablemixedlayer(bl_pbl_physics=1).b.Mellor-Yamada-Janjicscheme:Etaoperationalscheme.One-dimensionalprognosticturbulentkineticenergyschemewithlocalverticalmixing(2).c.Quasi-NormalScaleEliminationPBL(4).ATKE-predictionoptionthatusesanewtheoryforstablystratifiedregions

5、.NewinVersion3.1.d.Mellor-YamadaNakanishiandNiinoLevel2.5PBL(5).Predictssub-gridTKEterms.NewinVersion3.1.e.LESPBL:Alarge-eddy-simulation(LES)boundarylayerisavailableinVersion3.（a）西固二水厂（b）兰州站（52889）图1三种边界层方案(YSU、MYJ和ACM2)模拟的与观测的（a）西固二水厂和（b）兰州站的地面温度（2m）日变化对比边界层参数化方案对近地面温度的影

6、响图2三种边界层参数化方案模拟02:00兰州地区平均的地面温度场和风场温度场：热岛效应；西部盆地辐合形成的冷中心；MYJ方案“最暖”风场:南北两山下沉气流形成山风环流；南山高度较高，下沉气流强于北山。边界层参数化方案对空气质量模拟结果的影响三大气边界层研究方法数值模拟（促进、指导、支持和补充）野外实验观测（直接获取资料，基础）理论研究（纯理论、经验、半经验）实验室物理模拟（可控制、可重复等）两大野外实验和一个数值实验气象塔上安装仪器（快速响应的仪器和直接测量边界层通量的仪器）；在遥感仪器中，声雷达和调频连续波雷达都是探测边界层的有力工具。

7、1.WangaraPBL试验实验条件：澳大利亚Hay地区大范围平坦草地、有道路、河流、农田，110km95km试验计划的组成：(1)气球基线测风和常规地面气象观测(2)无线电探空观测，３小时一次施放探测边界层温度和湿度。(3)微气象观测１）1,2,4,5,16m风廓线２）1-2m，2-4m温差３）净辐射连续纪录４）地面热通量，测量器置于地下0.5cm层土壤里５）日间，10高处直接测量热通量成果：研究近地面层，均匀下垫面上的通量梯度关系澳大利亚的Wanggara实验和美国的Minnesota实验以及Deardorff的大涡模拟实验。2.M

8、innesota实验试验条件：Minnesota西北部的Redriver的河谷地，平坦且人烟稀少，地面长有普通庄稼和草地，32m观测塔（1，2，4，8，16，32）成果：（1）提供了近地层以上