边界层气象学课件：02边界层平均特征2014
边界层的特点
边界层的特点
边界层是大气中与地面接触的最底层，在大气物理学中具有重要的地位。
边界层的特点包括以下几个方面：
1.高度及厚度：边界层的高度通常在地面上方几百米到几千米之间，
但在特殊地形或气象条件下可能会有较大差异。
边界层的厚度通常在几十
至几百米之间。
2.动力状况：边界层受到地面摩擦力和大气压力的共同作用，在这两
种力的影响下，边界层呈现出一系列的动力特征。
例如，边界层中的风速
垂直向上逐渐减小，呈现出递减趋势。
此外，边界层中的湍流运动频繁而
强烈，湍流运动是边界层中能量传递和物质输送的重要机制。
3.湍流特性：边界层中存在着不同尺度的湍流结构，从大尺度的湍流
涡旋到小尺度的湍流涡旋，从宏观到微观，湍流现象与气象现象相互交叉。
湍流结构在空间和时间上都呈现出多样性和复杂性。
4.温度和湿度特征：边界层的温度和湿度特征与地表的温度和湿度分
布息息相关。
由于边界层中湍流的作用，气温和湿度的垂直分布呈现出很
大的变化。
一般来说，边界层中的温度呈现递减趋势，湿度则呈现递增趋势。
5.边界层稳定性：边界层的稳定性是指大气中的密度和温度分布是否
对小范围的扰动保持稳定的影响。
边界层的稳定性与空气的垂直运动以及
湍流的发展有关。
边界层的稳定性在大气科学和气象学中具有重要的作用，影响着气象现象的发生和发展。
综上所述，边界层是大气中与地面直接相互作用的层次，具有独特的物理和动力学特征。
对于认识大气环境和气候变化，以及预测天气和研究气候变暖等问题，理解和研究边界层的特点具有重要的科学意义。
边界层的基本概念课件
边界层的特征
边界层具有很薄的厚度，其厚 度通常远小于流体中的其他尺 度，如流动的长度和速度。
在边界层内，流体的流动状态 从自由流转变为受壁面限制的 流动，流体的速度和方向发生 急剧变化。
边界层内的流体会产生摩擦阻 力，对流体流动产生重要影响 。
边界层的形成
当流体与固体壁面接触时，由于壁面 的限制作用，流体的速度和方向发生 变化，导致流体的切向应力与法向应 力发生突变，形成边界层。
湍流边界层
在流体流动中，靠近固体表面的 薄层，流速较高，流动方向复杂 ，各层速度梯度较大，流动呈现 湍流状态。
热边界层和流动边界层
热边界层
在传热过程中，靠近固体表面的薄层 ，温度梯度较大，热量传递速率较高 。
流动边界层
在流体流动中，靠近固体表面的薄层 ，流速较高或较低，流动方向或湍或 层，与流体主体存在明显的速度梯度 。
边界层的基本概念课件
目 录
• 边界层定义 • 边界层的重要性 • 边界层的分类 • 边界层方程 • 边界层模拟方法 • 边界层的应用
01
边界层定义
边界层的定义
01
边界层是指流体在运动过程中， 流体的切向应力与法向应力发生 突变的位置，通常出现在流体与 固体壁面接触的地方。
02
在边界层内，流体的流动受到壁 面的限制，流体的速度和方向发 生急剧变化，导致流体的物理性 质发生显著变化。
物理边界层和化学边界层
物理边界层
主要涉及流体的物理特性变化，如温度、压力、速度等。
化学边界层
主要涉及流体的化学特性变化，如浓度、组分、化学反应等 。
04
边界层方程
连续性方程
连续性方程是描述流体运动过程中质 量守恒的方程。
边界层的概念和特点
边界层的概念和特点边界层是指在地球物理学中，大气界面和地面之间的一层气体。
在气象学上，边界层是指从地面到一定高度范围内，风速、温度、湿度等各种大气参数发生显著变化的区域。
边界层的高度通常为未来数小时预报所需要的范围内。
1. 逐渐递减的风速：在边界层内，风速逐渐递减。
开始时，风速最大并且逐渐降低。
具体的风速变化取决于地面和大气层的性质和情况。
2. 温度和湿度梯度：边界层内的温度和湿度呈现出明显的梯度变化。
一般来说，地面处温度最高，高层温度逐渐降低。
除此之外，空气湿度在边界层内也会发生变化。
具体变化也是因地而异的。
3. 乱流增大：边界层内的乱流比较显著。
在这里空气流动不是平稳的，而是发生着强烈的乱流。
气体不能在水平方向上自由扩散，而是在各种水平方向逐渐混合。
4. 光学特性不同：由于边界层内存在着大量悬浮的尘埃和气体，它具有不同于上层大气的光学特性。
这使得大气边界层对光的透过率发生了变化。
边界层在气象、环境科学、气候变化等领域具有重要意义。
较为典型的是它与交通工具有关的影响。
由于边界层内的风速变化大，乱流强，而车辆在受到这种影响的同时会发生摩擦热，从而可以推测车辆的燃油效率、稳定性和舒适性。
在电力行业，边界层的变化也会影响线路的温度和表面附着物的变化，从而影响电力传输的效率和稳定性。
同样，边界层的湿度和风速也会对农业和林业造成影响。
总之，边界层是一个非常重要和复杂的概念。
对于气象学家、大气化学家、环境工程师、天气预报员、交通工程专家等专业人士来说，了解边界层的基本原理、特点和影响就显得尤为重要。
动力气象-第八章(大气边界层2)解析
埃克曼标高（hE）， 具有高度因次，它 又是推导埃克曼螺线所特有的参数，也是
边界层厚度的特征量。
梯度风高度ZH（hB）为埃克曼标高的 倍
hE～312m
当zH= hE =hB时，
45o
3、湍流粘性力随高度的变化 (1i) z
W u iv (ug ivg )e hE (ug ivg )
边界层最重要的特性是： 湍流性——物理量输送 据观测近地面层中 Tzx Tzx “近地面层”中，该层很薄，物理量的通量
几乎不随高度变化。 由于近地面层中物理量的通量几乎不随高度
变化，所以又称近地面层称为常值通量层。
常通量层中，物理量的垂直输送不随高度 变化。则湍流动量输送（雷诺应力）
Tz = Tz0 =常矢量 其中z0称为地面粗糙度，定义为风速为零 的高度，风洞实验确定其值为覆盖下界面 粗糙物平均高度的1/30。
有代表性的地面粗糙度
图中的w表示垂直运动，F表示浮力
中性层结中，湍流仅决定与下垫面动力作用。离 下垫面越近，l 就越小。Prandtl假设l是z的线性
函数l=z。 是卡曼常数（0.35~0.42，一般取
0.4）。
l z
斜率为ctg u ;
z轴上的截距为y0 ln z0
➂ 假定地面风速为零，从而得到风与等压线交角为45。 然而当z=0时，u=v=0，那么风向是无法确定的，45 的交角是理论的，实际上，地面风不为零，海洋上 该角为15，陆地上一般为30。
埃克曼为等角螺线
(1i) z
(1i) z
W u iv uge hE ug ug (e hE 1)
引入复地转偏差：W
W z
1 hE
i
ug
e
(1i
边界层概念及特点
边界层概念及特点边界层是地球大气层中的一个重要区域，位于地面和大气中的对流层之间。
这个区域的特点是空气的运动非常复杂，甚至可以说是混乱不堪。
因此，边界层的研究一直是大气科学研究的重要领域之一。
在此，我们将重点介绍边界层的概念及其特点。
一、概念边界层也称境界层，是指地面和大气层之间的一个非常薄的区域，距离地面高度约为20-2000米。
在这个区域中，气流的方向和速度都会发生剧烈的变化，形成了一系列的涡旋和湍流动。
这些涡旋和湍流动会影响大气层中的气象现象，例如气温、风向、风速等。
二、特点1.湍流流动边界层中的气流非常不稳定，容易形成湍流。
湍流在空气中形成了不规则的涡旋运动，导致了空气的动能和温度的混合，从而使得温度和其他气象参数分布变得非常复杂。
因此，边界层中的天气现象也就难以预测。
2.垂直差异边界层中的气象参数随着高度的增加而发生明显的变化。
通常可以将边界层分为三个部分：表层、中间层和上层。
表层高度为0-10米，通常受到地表温度的影响，会形成相对暖的气流。
中间层高度为10-1000米，受到太阳辐射的影响较大，温度分布呈现出一定的周期性变化。
上层高度为1000-2000米，稳定的气流运动主要由大气层中的高空风流所驱动。
3.表面效应由于地表的特殊性质，边界层中的气象参数会受到地表效应的影响。
例如，当地表温度很高时，气流运动会形成相对暖的气流，从而导致大气透明度变差。
这种影响不仅涉及到日常的天气变化，还会对气候变化和大气层污染等方面产生影响。
4.气体混合当空气在不同的速度和方向下运动时，它们会相互混合。
这种混合使得边界层中的气体分子运动难以预测。
这种混合是由于边界层中涡旋的形成和气流的不规则运动所致。
5.散卡效应散卡效应是边界层中另一个非常重要的效应。
它指的是当空气流动速度增大时，越来越多的空气分子被抛到了边界层的外层，也就是远离地面的上层大气层中。
因此，地面与空气中的物质和能量交换也减少了。
这种效应常常被称为“瓶颈效应”，对边界层的研究和预测具有很大的困难性。
边界层理论-
到20世纪初，航空工业的发展，需要解决粘性流体中较大速度的物体运动问题，促使粘性流体运动的理论大 大地向前推进。1904年普朗特（1875-1953）在德国海德尔堡第三届国际数学家学会上宣读题为“关于摩擦极小 的流体运动”的论文，建立了边界层理论。他根据对水槽中水流实验的观察分析，提出边界层的概念：粘性极小 的流体绕物体流动时，在紧靠物体附近存在着一层极薄的边界层，其中粘性起着很大的影响。而在边界层外，流 体中的粘性可以忽略不计，可认为是理想流体。由于边界层极薄，经简化N-S方程得出普朗特边界层方程，对过 去不可理解和难以解答的现象，如流体阻力问题，给予明确的解答。普朗特建立的边界层理论，改变了长期以来 理论流体力学和水力学相互脱节的状况，将理论与实践紧密地联系在一起，形成了理论与实验并重的现代流体力 学。
边界层理论
科学理论
01 理论提出
03 分析方法 05 分离和转捩
目录
02 基本特征 04 边界层方程组 06 历史和发展
流体在大雷诺数下作绕流流动时，在离固体壁面较远处，粘性力比惯性力小得多，可以忽略；但在固体壁面 附近的薄层中，粘性力的影响则不能忽略，沿壁面法线方向存在相当大的速度梯度，这一薄层叫做边界层。流体 的雷诺数越大，边界层越薄。从边界层内的流动过渡到外部流动是渐变的，所以边界层的厚度δ通常定义为从物 面到约等于99%的外部流动速度处的垂直距离，它随着离物体前缘的距离增加而增大。根据雷诺数的大小，边界 层内的流动有层流与湍流两种形态。一般上游为层流边界层，下游从某处以后转变为湍流，且边界层急剧增厚。 层流和湍流之间有一过渡区。当所绕流的物体被加热（或冷却）或高速气流掠过物体时，在邻近物面的薄层区域 有很大的温度梯度，这一薄层称为热边界层。
层流边界层和紊流边界层都能发生分离，但由于紊流内脉动运动引起的动量交换，使边界层内的速度剖面均 匀化，增大壁面附近流体的动能，所以紊流边界层比层流边界层承受较大的逆压梯度，而不易分离。
浅谈大气边界层 .ppt
几个相关概念：
湍流： 湍流 是区别于层流的不规则随机流动。流场中任意一点 的物理量，如速度、温度、压力等均有快速的大幅 度起伏，并随时间和空间位置而变化，各层流体间 有强烈的混合 气压梯度力： 气压梯度力：作用在流体内正比于压力梯度的力。 单位距离间的气压差叫做气压梯度，由此产生促使 大气由高气压区流向低气压区的力，称为气压梯度 力。气压梯度力垂直于等压线，指向低压。 地转风：水平气压梯度力与水平科里奥利力平衡下 空气的水平运动。
ห้องสมุดไป่ตู้
大气边界层
大气边界层的高度随气象条件、地形和地面粗糙度 的不同而有差异，这一层正是人们从事社会实践和 生活的主要场所，地面上建筑物和构筑物的风荷载 和结构响应等正是大气边界层内空气流动的直接结 果。
大气边界层的特点：
其性质主要决定于地表面的动力和热力作用 贴地层的主要特点： 贴地层的主要特点： 分子粘性力起主要作用；主要运动形式：分子扩散 分子粘性力起主要作用；主要运动形式： 近地层的主要特点： 近地层的主要特点： 湍流摩擦力和气压梯度力其主要作用， 湍流摩擦力和气压梯度力其主要作用，科氏力可忽 略 风向几乎不变，但风速随高度增加。 风向几乎不变，但风速随高度增加。 物理量通量的输送几乎不随高度变化 物理量的垂直梯度远大于物理量的水平梯度 湍流运动明显，地气相互作用强烈，调整较快， 湍流运动明显，地气相互作用强烈，调整较快，呈 准定常。 准定常。
基本手段：
a) 观测手段
b) 参数化近似
很遗憾的是， 很遗憾的是，湍流问题到目前还没有得到彻 底的解决！ 底的解决！ 因此很多与湍流有关的问题， 因此很多与湍流有关的问题，我们也无法 直接用精确的数学公式进行表达， 直接用精确的数学公式进行表达，不得不 采用近似的公式来描述！ 采用近似的公式来描述！
边界层气象学教程
边界层气象学教程边界层气象学是研究大气中近地面层分布与变化的学科。
它不仅对于气象学研究具有重要意义，而且对于污染物扩散预测、环境保护等方面也有着广泛的应用。
下面就让我们来了解一下边界层气象学的基础知识。
一、边界层气象学的基本概念边界层气象学是指研究大气中近地面层上升下沉运动、温度、湿度、风速、风向等的变化规律和特征的学科。
二、边界层的形成和特征边界层是指大气中接近地面的一层空气，其厚度一般为数百米到数千米。
边界层对气象要素有明显的影响，如溶质扩散、光学传输、人体健康等。
三、边界层的分层结构边界层的分层结构可以分为三层，即表层、中层和底层。
其中表层的高度约为地表摩擦层，中层高度在数百到数千米之间，底层高度则由地形、时间、季节等因素决定。
四、边界层的物理过程边界层的物理过程包括热力过程和动力过程。
热力过程包括辐射传热、湍流传热、热传输等，动力过程包括地表摩擦力、气旋运动、惯性力等。
五、边界层的观测和模拟方法边界层的观测方法主要有风廓线雷达、气象探空等。
模拟方法主要包括数值模拟、解析模拟等。
这些方法可以提供边界层物理过程的详细信息，为边界层预报和研究提供了支持。
六、边界层的预报和应用边界层在气象、环境、能源等领域中具有广泛的应用前景。
边界层的预报可以用来预测城市污染物扩散、风力发电等。
此外，边界层研究还与农业、航空、海洋等领域有关。
总结：边界层气象学研究大气中近地面层分布与变化的学科，对气象、环境保护等领域具有广泛的应用。
了解边界层形成和特征、分层结构、物理过程、观测和模拟方法以及预报和应用等方面，有助于我们更深入地了解其重要性。
边界层理论PPT精选文档
5.1、边界层近似及其特征
普朗特重视观察和分析力学现象，养成了非凡的直观洞察能力，善 于抓住物理本质，概括出数学方程。他曾说：“我只是在相信自己对物 理本质已经有深入了解以后，才想到数学方程。方程的用处是说出量的 大小，这是直观得不到的，同时它也证明结论是否正确。” 普朗特 指导过81名博士生，著名学者Blasius、Von Karman是其学生之一。我 国著名的空气动力学专家、北航流体力学教授陆士嘉先生（女，1911– 1986）是普朗特正式接受的唯一中国学生，唯一的女学生。
粘性流体流经任一物体（例如机翼与机身）的问题，归结 为在相应的边界条件下解N—S方程的问题。由于N—S方程太复 杂，在很多实际问题中，不能不作一些近似假设使其简化，以 求问题得以近似地解决。简化时，必须符合物理事实，因此首 先看看空气流过静止物体（例如翼型）的物理图画：
位流区
边界层
流动分为三个区域：1. 边界层：N－S化简为边界层方程 2. 尾迹区：N－S方程 3. 位流区：理想流方程
EXIT
5.1、边界层近似及其特征
2、边界层的特征
（1）边界层定义 严格而言，边界层区与主流区之间无明显界线，通常
以速度达到主流区速度的0.99倍作为边界层的外缘。由边 界层外缘到物面的垂直距离称为边界层名义厚度，用δ表 示。
（2）边界层的有涡性 粘性流体运动总伴随涡量的产生、扩散、衰减。边界
层就是涡层，当流体绕过物面时，无滑移边界条件相当于 使物面成为具有一定强度的连续分布的涡源。
对于曲率不大的弯曲物面，上述边界层方程也近似成立。 只是要将x和y按上述曲线坐标处理即可。当然如果曲率过大， 则沿法向压强保持不变的条件就很难满足了。
EXIT
5.2、平面不可压缩流体层流边界层方程
边界层的基本特征
边界层的基本特征
边界层是大气中最接近地表的一层，一般高度为地表到几百米的范围。
其基本特征包括：
1. 高度变化：边界层中，由于地表摩擦的影响，风速逐渐减小，形成风速剖面，即高度增加，风速逐渐减小的特征，这个变化高度一般被称为边界层高度。
2. 局地性：边界层是地表特征的直接反映，因此在不同的地理环境和地表特征的影响下，边界层的特征会有所不同，呈现出局地性。
3. 滞留：边界层中的大气湍流非常活跃，湍流运动会导致大气中的空气混合，使边界层的大气物理性质发生变化，这种混合使得大气污染物滞留在边界层内，影响空气质量。
4. 湍流：边界层中湍流运动非常明显，湍流运动导致大气中的温度、湿度、风速等物理性质出现剧烈的变化，湍流对气象、能量和物质传输起着重要作用。
5. 温度倒转层：边界层中一般存在温度倒转层，即随着高度的增加，温度先下降后增加。
这种温度倒转层对边界层的大气运动和湍流有着重要的影响。
总之，边界层是大气中与地表最为接近的一层，其特征包括高度变化、局地性、滞留、湍流和温度倒转层等，这些特征对于气象、空气质量和能量传输等方面具有重要影响。
大气边界层的基本特征
大气边界层的基本特征大气边界层离我们可近啦。
它就在地球表面往上那么一段距离，就像地球给自己盖了个薄被子，这被子直接和地面接触，地面上的那些小山丘、小河流、小房子啥的，都能跟它玩起来。
比如说，白天太阳一出来，地面被晒得热乎乎的，就像给这个“被子”下面点了小火炉，边界层就跟着变暖和啦。
这大气边界层里面的风也是个有趣的家伙。
它可不是规规矩矩地吹，有时候像个调皮的小孩子，东吹吹西吹吹。
靠近地面的地方，风就像是在跟地上的小草捉迷藏，一会儿快一会儿慢。
因为地面上有高高低低的东西挡着呀，风就得绕着走，这样就形成了各种奇奇怪怪的风向和风速。
大气边界层的温度变化也很有个性。
白天的时候，温度就像坐过山车一样往上冲，因为地面吸收了太阳的热量，然后就把这热量传给边界层。
可到了晚上呢，温度又像泄了气的皮球，蹭蹭地往下降。
这一冷一热的，就好像边界层在白天和晚上有着不同的心情一样。
还有啊，大气边界层里面的水汽也不安分。
地面上的水蒸发变成水汽就跑到边界层里去了。
有时候水汽多了，就像一群小伙伴在里面挤来挤去，挤着挤着就可能形成云啦，要是再热闹点，说不定就下雨啦。
在大气边界层里，污染物也有自己的小世界。
它们就像一群不请自来的小坏蛋，在边界层里晃悠。
如果风小的时候，这些污染物就聚在一起，让空气变得脏脏的。
要是风大了，就像有人在赶它们，它们就被吹得到处跑。
大气边界层就像是一个小小的生态系统，里面的各种元素相互作用，虽然有时候会给我们带来点小麻烦，像是污染天气啥的，但更多的时候，它就像一个默默守护我们的小伙伴，在地球的表面和大气层的其他部分之间搭起了一座特别的桥梁呢。
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分子粘性力》湍流切应力 粘性副层
2. 虚位温
温度T、虚温Tv、位温θ 、虚位温θv的定义
Tv (1 0.608q)T ：与湿空气具有相同气压和密度的干空气的温度
T
p00 p
T
R
p00 p
cp
：把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气 压时应有的温度
κ
v＝Tv
1000 p
：把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气 压时应有的虚温
混合层
对流源来自两个方面：一个是地面热量输送；另 一个是云层顶辐射冷却。前者使地面暖空气上升， 而后者使云顶冷空气下沉。两者可以同时出现， 特别是当顶部有冷层积云的混合层移过暖地面时， 便可同时出现上升或下沉气流。
混合层平均廓线
地转风
剩余层
稳定边界层以上仍保留相当厚度的白天混合层 中层的等虚位温分布，称为剩余层。由图可见， 入夜后，地面净辐射转变为负值，下垫表面冷 却，导致大气边界层从下往上降温 。剩余层为 中性层结。
扩 散 形 态
三、大气边界层内的流动形式
一般地，边界层内气流的流动形式有三种：平均场、湍流场、 波动场。实际上，后两者是叠加在平均场上的。
u u u u
平均风：有明显的日变化，风速和风向及其相关边界层属 性具有明显的垂直梯度。一般量级：水平风为米的量级， 垂直风为毫米的量级
湍流：大气边界层的运动形态，剪切和不稳定特性等，湍 流对大气边界层的发展和演变有关键作用。
边界层的重要性
■人们一生大部分时间是在边界层中度过的； ■天气预报是预 报的边界层内的气象因子； ■整个大气层基本能源是太阳辐射， 太阳辐射大部分被地面吸收，剩余部分由边界层过程输送给大 气； ■云核是通过边界层过程从地面传播到大气中的。 ■雷暴 和飓风的发展是靠边界层湿空气的流入。 ■大约有50％的大气 动能被耗散在边界层中。 ■湍流和阵风在结构设计中影响建筑 风格。 ■风力涡轮机要从边界层风场中提取能量。 ■海面上的 风切变是海洋的主要能量。 ■边界层中的湍流输送和平流使水 分和氧气来回流动，维持植物之类的生命形态。。。。
第二章 边界层平均特征
一、大气边界层定义及特征 二、ABL结构及演变规律 三、ABL内的流动形式 四、几个重要物理量 五、湍流数据处理过程 六、爱因斯坦求和符号
目的：对大气边界层有一个宏观的了解，并为第三章的方程 组的学习作好准备
概 述
地面是大气的一个边界。这个边界上的输送过程，影响了最 低的100至3000m的大气，产生所谓的边界层,对流层其余部 分则不精确地称之为自由大气。因此，为多数人所感受到的 大气特征，或多或少是以较浅层空气中发现的特有特征为基 础的。
关于微气象学：几乎等同于边界层气象学。研究时间尺 度～1h，空间尺度～3km
高压中心和低压中心之间边界层厚度的天气尺度变化示意图。 虚线表示1小时内受地面影响的空气所达到的最大高度。实线 包围的阴影区域是大多数边界层气象学家研究的区域
曲线表示近地面温度日变化，它在高空很不明显。这个日变 化是陆地边界层的关键特征之一。这个日变化是谁引起的？
⑵各种尺度湍流起着重要作用并导致气象要素具有明显日 变化的低层大气层。
由于大气气压梯度力和地转偏向力对大气边界层运动特征 的作用，是行星低层大气和海洋表层流动的共性，大气边 界层也称行星边界层（Planetary Boundary Layer,PBL）。
2．大气边界层特征：
⑴地球表面向上并与地面有直接作用的气层； ⑵是地球表面与自由大气间进行物质、能量、热量和水气交
v
T
(1
0.608q)
1000 p
κ
(1 0.608q)
3. 边界层演变
陆上高压区边界层的昼夜演变 上图：边界层结构的昼夜演变示意图； 下图：典型剖面的平均虚位温廓线
FA：自由大气 ML：混合层 SBL：稳定边界层 RL：剩余层 CL：云层 SCL:云下层 SL：表面层或近地面层
EL：卷挟层
波动：有规则和一定的周期变化，形式多样，如重力波。
大气湍流和波动叠加在平均场上，表现为风的起伏和扰动
Under stable conditions, air flowing past a mountain range can create eddies many kilometers downwind of the mountain itself.
稳定层
稳定层结时湍涡在运动中要反抗重力作功，消耗 动能，从而对湍流交换起抑制作用。这就使得夜 间稳定边界层的发展比白天混合层的发展要弱得 多，厚度也小得多。
稳定层平均廓线
卷挟层
卷夹层是混合层顶部的静力稳定空气区，其厚 度约为混合层的10%~ 40%。对流热泡在混合 层中、下层持有的对流能量使它能够超射一定 的距离，在卷夹层内形成对流贯穿。各个对流 热泡贯穿的厚度取决于其各自的初始对流能量。
换必经的气层；
⑶具有明显的日变化规律——边界层最重要的特征之一：
不稳定大气边界层：主尺度在空间上与边界层厚度相当， 传输快；
稳定边界层：主尺度小于边界层厚度，可能出现湍流间 歇性，传输慢。；
⑷与季节、天气背景、高度等密切相关。如：按热动力学， 有不稳定、中性、稳定层结之分。
⑸涉及面பைடு நூலகம்：空气污染、环境、气候变化等。
受平均风和积云尺度控制
厚度
时空变化在100－ 3km
空间变化小，8-18km；时 间变化缓慢
一、大气边界层定义及特征
1．大气边界层（Atmospheric Boundary Layer,ABL）定义：
⑴由于各种尺度（空间和时间）湍流涡旋的动力和热力过 程，将下垫面的强制作用（动量、热量和水汽）影响扩散 所及的自由大气层。
边界层和自由大气的特征比较
性质
边界层
自由大气层
湍流
几乎整个高度都是无 水平范围很大的浅层有零
间断的湍流
星晴空湍流
摩擦
对地面曳力大，能量 粘滞耗散小 耗散大
扩散
在水平和垂直方向湍 分子扩散少，往往由平均
流迅速混合
分在水平方向迅速输送
风速
近地层接近对数风速 接近地转风 廓线，是次地转的。
垂直输送 受湍流控制
不稳定边界层结构及其流场图像 风、温廓线
稳定边界层结构及其流场图像
二、ABL结构及演变规律 牛
顿
1．ABL的分层
z/m
第
自由大气
二 定
气压梯度力和科
律
1000~
氏力平衡
2000
气压梯度力、科氏力和 雷诺应力数量级相当
上部摩擦层
50~100
～0.01 0
大气边界层
湍流切应力近似常数
近地面层（常通量层）