大气边界层探测简介精品
大气探测Word版
第一章1.什么是大气探测？可以划分为哪几部分?2.简述大气探测的目的是什么?3.地面气象观测场的要求有哪些？4.简述大气探测有哪几种方法?5.大气探测仪器的性能包括哪几个?6.如何保证大气探测资料的代表性和可比性?7.气象探测环境?*大气探测．．．．，是指利用科技手段对大气层和近地层的各种物理过程、化学过程、生物过程等进行系统的观察和测量。
是对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定。
大气探测资料精确性直接影响到气象预报、气候预测和气候变化研究等的准确性。
大气探测可划分为地面气象观测，高空探测，特种探测，遥感探测*．大气探测的科技手段．．．．．．．．．：机械方法：风向标等。
光学方法：经纬仪光谱仪等。
热学方法：蒸发器等。
电磁方法：雷达卫星信息传输等* 大气探测的空间范围，．．．．．．．．．．从海平面往上到几百公里甚至一千多公里范围不断扩大！* 大气边界层，．．．．．．大气与地面之间充分湍流化的气层，厚度约为1km，大气要素变化剧烈并随时间和地表条件变化，是地面气象观测和大气边界层探测的主要大气层，该层对局地天气、气候产生重要影响。
近地面层（常通量层，表面层），直接与地表接触、受地面强烈影响，地面气象观测在此高度内。
*影响大气边界层探测的物理过程，．．．．．．．．．．．．．．．辐射传输过程：短波辐射，长波辐射。
热力传输过程：显热，潜热。
动力作用：平流，垂直运动，局地环流。
湍流运动：无规则，分类（机械、热力），特征，尺度谱，串级传递能量过程，湍流输送过程。
*．大气探测学研究目的．．．．．．．．．，．1.大气探测是从事大气科学教学、科研的基础。
为天气、气候诊断分析、预报及环境保护部门、国家及全球气象资料网络系统等提供大气观测资料。
2.随着科学技术的发展，大气探测的要素量和空间范围越来越大。
大气探测分为近地面层大气探测、高空大气层探测和专业性大气探测。
3.. 是推动大气科学进步的重要力量大气科学重大理论的提出和完善得益于大气探测（虽然数值模拟在其中也发挥着重要作用）。
大气边界层
大气边界层气流过地面时，地面上各种粗糙元，如草、沙粒、庄稼、树木、房屋等会使大气流动受阻，这种摩擦阻力由于大气中的湍流而向上传递，并随高度的增加而逐渐减弱，达到某一高度后便可忽略。
此高度称为大气边界层厚度，它随气象条件、地形、地面粗糙度而变化，大致为300～1000米。
直接受到地表作用力影响的大气对流层，有时也称为行星边界层。
这些作用力包括摩擦，加热，蒸发，蒸散和地形影响等。
大气边界层的厚度随时间空间变化而有明显差异，可由数百公尺至一，二公里。
大气边界层之上成为自由大气。
白天地表受到太阳照射加热，温度升高；晚上则因为地表长波辐射冷却作用而降温，使得接近地表的气温呈现日变化，这种日变化是陆地上大气边界层的主要特征。
由于海水的比热大，以及海洋上层海水强烈的混合作用，使得海水表面温度日变化不明显，所以海上大气边界层的日变化也不明显。
气温日变化的振幅大小随着高度的增加而很快减小，自由大气的日变化则很小。
乱流旺盛也是大气边界层的重要特性。
无论在陆上或海上，在高压区域因为气流沉降，边界层厚度通常比在低压区小。
在陆上高压区域，大气边界层的日夜演化，结构常比较清晰，主要包括混合层，剩余层和稳定边界层。
日出后地表受热，热空气上升，冷空气下降，对流逐渐加强，各种性质近乎均匀的混合，古称之为混合层，也称为对流边界层。
在混合层内为不稳定的大气，其乱流主要有对流作用主导。
日出后混合层很快发展，到了下午一，二点左右，混合层高度达到最高。
日落后，地表受热停止，使得混合层内的乱流强度减弱，原来为不稳定的大气，逐渐转为中性的大气；此为白天混合层的残余，故称之为剩余层。
日落后，地表以长波辐射冷却，逐渐降温，在地表形成逆温，发展成为夜间地面逆温层，这一层大气非常稳定，故称之为稳定边界层，层内的乱流强度很微弱。
在稳定边界层之上即为剩余层。
夜间地面的风通常是微风或静风，但在稳定边界层顶常会出现很强的风速，这种现象称为夜间低层喷流。
无论在混合层或稳定边界层，从地表到约十分之一边界层厚度附近的热通量，水气通量和应力随高度的变化不大，这一层被称为地面层，或等通量层。
第一章：大气边界层概述1
YSU simulation
0.3
0.4
MYJ simulation
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 OBS 3 SO2 concentration(mg/m )
ACM2 R=0.614
0.2
0.3
0.1
0.2
0.0
0.1
0.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
边界层气象学教程
研究内容
研究意义
大气边界层
研究方法
研究进展
高度(km) 3000
大气边界层？
atmospheric boundary layer
³³³
500 400 ³ ³ ³ 300 200 100 90 ³³³³
¨ ³ ³ +³ ¨ ³ ³ +³
³ ³ ³ km³ ¨ ³
80 70 60 50 40 30 20 ³³³ ÷ ³ +³ ¨ ³ ³³³³ ÷ ³³³ ³ -³ ¨ ³
280
282
Time
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 （b）兰州站（52889）
OBS YSU MYJ ACM2
1.2 51.2 02 51.2 05 51.2 08 51.2 11 51.2 14 51.2 17 51.2 20 51.2 23 61.2 02 61.2 05 61.2 08 61.2 11 61.2 14 61.2 17 61.2 20 61.2 23 71.2 02 71.2 05 71.2 08 71.2 11 71.2 14 71.2 17 71.2 20 7-2 3
第9章 大气边界层
高度(m)
2000 1000
0
云层
混合层(ML)
表面层（SL）
夹卷层
自由大气（FA）
盖顶逆温
剩余层（RL）
夹 卷 层混合层
稳定（夜间）边界层
(ML)
表面层（SL） 表面层（SL）
中午noon
日落sunset
午夜midnight 日出sunrise 中午noon
陆上高压区大气边界层由三部分组成：大涡对流混合层；含有原 先混合层空气的残余层；具有间隙性湍流的夜间稳定边界层。
• 对流层大气其余部分统称为 自由大气。
1 边界层定义
对流层是从地面往上直达11 千米平均高度，但通常只有 最低2000米才直接被下垫面 改变； 定义：大气边界层指的是地 面往上到1000-2000米高度的 这一大气层。
边界层定义
由于它与地球表面直接接触，所以地球表 面的强迫力如摩擦力、蒸发和蒸腾、热传 递、污染物排放以及地形引起的流的变化 等可以对它产生直接的影响，其响应时间 尺度为1小时或者更小。
2 风和气流
• 气流或者风可以分为三大类：平均风、湍流、波。
u u u u • 各种物理量如水汽、热量、动量和污染物等输送
在水平方向上主要靠风来实现；而垂直方向上主 要靠湍流；
平均风 波 湍流
风和气流
平均风：可以产生很快的水平输送或平流；摩擦 力使平均风在近地面处达到最小值；量级：水平风 为2到10米（m）每秒垂直风为几毫米（mm）到几厘 米（cm）（小） 波：一般在夜间边界层观测到波；波对动量和能 量输运起重要作用；来源于平均风剪切（切边）、 平均风经过障碍物时产生等等
)
kg污 m2s
或
kg污 m2s重新定义成运动学形式，
大气边界层高度测量方法研究及比较分析
大气边界层高度测量方法研究及比较分析在大气科学研究中，大气边界层高度的测量是至关重要的。
边界层高度是指大气中温度、湿度、风速等物理特性发生显著变化的区域，对于气象预报、空气污染监测、气候变化研究等都具有重要意义。
本文将研究和比较几种常用的大气边界层高度测量方法。
一、大气边界层高度的重要性大气边界层是指气象学上特指地球大气直接受大气地面相互作用影响的底部大气层。
边界层高度的变化与大气中的温度、湿度、气压和风速等物理参数的垂直分布密切相关。
准确测量大气边界层高度有助于了解大气层的垂直结构和变化，进而提高天气预报的准确度。
二、常用的大气边界层高度测量方法1. 气象雷达法气象雷达法是通过雷达测量附近的云层、积雨云或大气湿度变化来确定边界层高度。
该方法具有测量范围广、实时性强的优点，适用于大面积的边界层高度探测。
2. 气象探空法气象探空法是通过使用气象探空仪，将探空仪悬挂在气球上并释放到大气中，记录高度和大气参数的变化。
这种方法能够提供边界层高度的垂直剖面，并且在可用性和准确性方面具有优势。
3. 激光测量法激光测量法是通过激光束向大气中发射，通过测量激光的散射和反射来确定大气边界层高度。
该方法具有非接触式测量和高精度测量的优点，但受到天气和环境条件的限制。
4. 遥感卫星法遥感卫星法通过使用卫星传感器来观测大气的物理特性，如温度、湿度和云量等，从而确定边界层高度。
这种方法具有全球范围内的监测能力，但分辨率较低，无法提供较高精度的边界层高度数据。
三、不同方法的比较分析以上介绍了几种常用的大气边界层高度测量方法，它们各自具有优缺点。
选择合适的方法取决于应用的具体需求。
例如，气象雷达法适用于大范围的边界层高度探测，而遥感卫星法则更适合全球范围的监测。
此外，测量方法的实用性和准确性也需要考虑。
气象探空法具有较高的精度和垂直分辨率，但需要人力物力投入较大。
激光测量法在非接触式测量和高精度测量方面具有优势，但受到天气和环境条件的限制。
2.大气边界层观测基础
•大气边界层探测分类：
1.直接探测：边界层探测中的常用观测平台包括观测塔、系 留气球、等容气球、无线电探空仪、观测飞机等。
2.间接探测：边界层探测的间接探测方法代表性的有微波雷 达、声雷达、激光雷达和无线电声学探测系统等。
车载移动地面气象观测系统
风廓线雷达 云高仪
微波辐射计
声雷达
边界层综合观测
第二章 大气边界层观测概述
大气边界层探测特点：
大气边界层探测侧重于认识大气边界层的结构、湍流 性和地气之间的相互作用。
大气边界层探测问题的核心是大气湍流问题，关键是下垫面的影响，突出 特征是边界层结构的日变化，重点是物理过程和演变机制。
大气边界层受到多种复杂过程的影响，大气边界层探测仪器和方法必须适 应大气边界层的固有特点。 大气边界通常是以湍流运动为特征，这种运动具有非常小的长度尺度和时 间尺度，重要的标量如温度、湿度、痕量气体等都被湍流运动混合，因而 也具有小尺度脉动。在大气边界层观测中我们更关心的是这些小尺度运动 和湍流脉动的特性。 因此要求观测仪器有很高的精度和灵敏度!!!
气象塔及数据控制室
系留汽艇和雷达观测场地 湍流场观测仪器
平均场观测仪器
低层大气风温廓线仪（LAP300）
Bubble（Basel Urban Boundary Layer Experiment，2001年8月&2002年7月） 计划。主要目的是研究高度非均匀、高度复杂的城市下垫面的湍流通量的垂 直分布特征，包括城市冠层之上和冠层内部的观测研究
加拿大real 针叶林
青藏高原地区 内蒙古半干旱 区草原
白洋淀试验
主要目的是研究非均 匀下垫面（存在陆地 和大面积的水域）的 边界层结构和湍流通 量特征（存在湖陆风 环流），针对非均匀 下垫面的湍流通量参 数化，设计出可靠的 方案
大气边界层概述
夜间边界层温度垂直分布的演变
2001年1月27日-28日逆温生消的演变过程
300
250
高 200 度 150
1999/10/5 08:00，北京 露点和大气温度垂直分布
不稳定
稳定（逆温）
不稳定边界层风、温廓线
稳定边界层风、温廓线
夜间稳定边界层比起白天的对流边界层来有显著的不 同，特别是，夜间经常在很低的高度上出现较强的逆温， 严重阻碍了物质和能量的扩散。因此研究夜间逆温层的演 变规律，尤其是确定逆温层顶的高度如何随时间演变，是
生态边界层示意图
一个关键的问题是如何定义边界层的上界，这也是一 个很困难的问题。有时，上界很明显，例如逆温盖，在盖 子以下大气受下垫面影响很大，而在盖子以上则未受影响。 但在通常情况下这种明显的界限是不存在的，下垫面的作 用随高度的增加只是缓缓减弱。一般地，类似于流体动力 学中边界层厚度的定义，定义大气边界层的上界为在这个 界面上 ，由地面作用导致的湍流动量通量以及热通量均减 小到地面值的很小一部分，例如1%。但有时 也以逆温层顶 作为大气边界层上界。
大气边界层概述
王成刚 大气物理系
与流体力学中称固壁附近的边界层为“平板边界层”、 “机翼绕流边界层”等类似，大气边界层也常常被称为“行 星边界层”，因为它是处于旋转的地球上的。当大气在地表 上流动时，各种流动属性都要受到下垫面的强烈影响，由此 产生的相应属性梯度将这种影响向上传递到一定的高度，不 过这一高度一般只有几百米到一二公里，比大气运动的水平 尺度小得多。在此厚度范围内流体的运动具有边界层特征。 在大气边界层中的每一点，垂直运动速度都比平行于地面的 水平运动速度小得多，而垂直方向上的速度梯度则比水平方 向上的大得多。此外，由于地球自转的影响，水平风速的大 小在随高度变化的同时，风向也随之变化。
大气边界层探测技术初步分析
料， 常规 的高 空探 测 资 料一 般 难 以满 足 。常 用 的
边 界层探 测方法 主要有 以下 几类 。 ２ １ 系留气球 探测 ．
（ ）位置 固定 ， 得 气 象塔 对 边 界 层 研究 的 ２ 使 目的难 以兼 顾 。气 象塔 用于研 究大气 边 界层 的基
系 留气 球作 为低空 探测Fra bibliotek 备 能 比较 直观地获
作 者 简 介 ： 超 超 （９ ６ ） 男 ， 熊 １ ８ 一 ， 大学 ， 程 师 ． 究 方 向 ： 事 大气 探 测 理 论 与 技 术 ． 工 研 军
・
７ ・ ８
气 象 水 文 海 洋 仪 器 时 的风 向 ， 用其 中的 一 套读 数 。为 了使各 个 高 选
度、 湿度 、 风速 等 ） 均量 和脉动 量测量 ； 平 湍流通 量
密 度 比较 重 要 。
大气 边界层 的探测 手 段 极 其 丰富 ， 规 的 高 常
空探测 资料一 般 都 包 括边 界 层 的 资料 。此 外 ， 应
用 Ｇ Ｓ探 测 和 飞 机 探 测 也 是 有 效 的探 测 手 段 。 Ｐ
边 界层 的研究 ， 常需 要 高 密度 高 精 度 的探 测 资 经
边 界 层 按 其 热 动 力 学 及 相 应 的湍 流 特 征 可 分 为 不 稳 定 、 定 和 近 中 性 ３类 ， 界 层 高 度 随 地 表 特 稳 边
。
近年 来 ， 内外 重 大 气 象 实 验 大 都 把大 气 边 国
界 层 研 究 作 为 核 心 的 科 学 内 容 之 一 。如 ：
界层探 测范 围和 内容还 在 不断扩展 。
测仪 器 ， 备 计 算 机 系 统 ， 配 以实 现 观 测 程 序 和 记 录、 资料储 存 和处 理 的 自动化 。 气象塔 有 以下几个 缺点 ： （ ）气象 塔 造 价 比较 昂 贵 ， 以在 边 界 层 水 １ 难
第9章 大气边界层概述
？
这些通量可以通过除以湿空气密度而重新定义成运动学形式，
运动学通量 符号 ~ M M 单位
质量 热量 湿度 动量 污染物
a ~ QH QH a C pa
R ~ R
F
a ~ F
~ a
a
m s m K s kg w m kg a s m m s s kg 污 m kg a s
（2）剩余层
（3）稳定边界层
4 边界层厚度与结构
• 1 在海洋上方，边界层厚度的时空变化相对陆地要慢。这是由于海洋 上部很强的混合，海面温度日变化极小。因此一个缓慢变化的海面温 度意味着一个缓慢变化的强迫力对边界层底的作用；
• 2 海洋上面的边界层厚度大多数变化是由海面的天气尺度和中尺度过 程的垂直运动以及不同气团的平流造成的。 • 3 无论在陆地还是海洋上，边界层的共同特征是高压区比低压区薄 （P171）。（？）
1
边界层定义
对流层是从地面往上直达11 千米平均高度，但通常只有
最低2000米才直接被下垫面
改变； 定义：大气边界层指的是地
面往上到1000-2000米高度的
这一大气层。
边界层定义
由于它与地球表面直接接触，所以地球表 面的强迫力如摩擦力、蒸发和蒸腾、热传 递、污染物排放以及地形引起的流的变化 等可以对它产生直接的影响，其响应时间 尺度为1小时或者更小。 边界层虽然很薄，但是人类和其它生物活 动主要区域，所以一直是大气科学研究重 点课题。 下图给出对流层下部温度变化一个例子。 近地面气温日变化比较明显，而自由大气 则没有什么日变化。
3
湍流输送
定义： • 湍流是叠加在平均风速上的阵性流现象，远可以认为是由作不规则旋 转运动的涡旋所组成。 • 通常情况，湍流由许多大小不同的涡相互叠加而成。 • 这些不同尺度涡旋的相对强度就是湍流谱。
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。
利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度
利用激光雷达探测阴霾天气大气边界层高度引言阴霾天气是指由大气中悬浮颗粒物和气体混合物组成的气象现象，对人类的健康和环境产生了严峻影响。
而大气边界层高度的准确测量是阴霾天气预报和治理的基础。
传统的测量手段受制于地面气象站点的局限性，无法遮盖宽广的区域。
然而，激光雷达技术的出现为我们提供了一种新的解决方案。
本文将重点谈论的原理、方法和应用。
一、激光雷达技术简介激光雷达是一种利用激光束与大气中的物质互相作用原理来测量目标距离和属性的光电设备。
它具有高区分率、长探测距离、快速响应等特点，被广泛应用于气象、遥感、环境监测等领域。
其中，利用激光雷达测量大气边界层高度已成为一种常见的方法。
二、大气边界层高度的观点与意义大气边界层是大气圈中与地表直接接触的一层，其高度通常在几百米到几千米之间。
边界层的高度决定了污染物的扩散和滞留，阴霾天气的生成和扩散与大气边界层高度干系密切。
因此，准确测量大气边界层高度对于阴霾天气预报和治理至关重要。
三、利用激光雷达测量大气边界层高度的原理利用激光雷达测量大气边界层高度的原理基于激光束在大气中的散射与吸纳过程。
激光束经过大气层时，会与颗粒物和气体分子互相作用，散射出来的光线会被接收器接收，并进行信号处理。
通过分析接收到的散射信号，可以确定大气边界层的高度位置。
四、利用激光雷达测量大气边界层高度的方法1. 激光光谱分析法：通过对接收到的散射光信号进行频谱分析，利用相应的模型计算并确定大气边界层的高度。
2. 激光飞行时间法：通过测量激光束在大气中传播所需的时间，推算出大气边界层的高度。
3. 激光散射法：通过对接收到的散射光信号进行强度、相位等特性的分析，来确定大气边界层的高度位置。
五、利用激光雷达测量大气边界层高度的应用1. 阴霾天气预报：通过实时监测大气边界层高度的变化，可以提前预警阴霾天气，援助人们做好控制污染物排放，缩减空气污染的措施。
2. 阴霾治理：通过监测大气边界层高度，可以确定阴霾形成和传播的机理，为制定有效的阴霾治理政策提供科学依据。
大气探测原理与方法
大气探测原理与方法大气探测技术是地球科学研究中不可或缺的一项重要技术。
通过对大气成分、结构和运动等参数的测量，可以更好地理解大气层的变化和演化过程，掌握天气变化规律，以及对大气环境进行监测和预警。
本文将介绍大气探测的原理与方法。
一、大气探测的原理大气探测的原理主要基于传感器的工作原理，即通过测量特定物理量的变化来推测大气状态。
以下是几种常用的大气探测原理：1. 光学原理：利用光子在大气中的散射、吸收和辐射等特性，通过光束的传播路径和强度变化来推测大气中的物理和化学参数。
例如，利用可见光、红外线和微波束等，可以测量大气中的水汽含量、气溶胶浓度、温度和湿度等。
2. 电磁原理：通过测量电磁信号在大气中的传播和反射等特性，推测大气中的电离度、电场强度和磁场强度等参数。
例如，利用电离层的反射特性可以测量电离层的高度、密度和组成等。
3. 声学原理：利用声波在大气中的传播速度和衰减程度等特性，来测量大气中的温度、风速和风向等参数。
例如，利用声纳技术可以测量大气边界层中的风速剖面。
二、大气探测的方法根据实际应用需求和研究目标的不同，大气探测可以采用多种方法。
以下是几种常见的大气探测方法：1. 地基观测：通过在地面上部署观测站点，利用各种传感器和仪器对大气参数进行实时监测。
地基观测方法可以提供连续、精确的数据，适用于天气预报、气候研究和环境监测等领域。
2. 飞机观测：通过在飞机上安装大气探测设备，对大气参数进行空中观测。
飞机观测方法可以获取较高空间分辨率和时间分辨率的数据，适用于对局地天气和大气边界层等进行详细研究。
3. 卫星观测：通过在轨道上发射和运行大气探测卫星，利用遥感技术对大气参数进行遥感测量。
卫星观测方法可以获得大范围、全球性的数据，适用于对大气环境和气候变化等进行宏观观测。
三、大气探测的应用大气探测技术在各个领域具有广泛的应用价值。
以下是几个典型的应用场景：1. 天气预报和气候研究：通过监测大气参数的变化，可以提供准确的天气预报信息，帮助人们做好防范和调整计划。
大气边界层探测简介
Lyman-α湿度仪原理示意图
§3 大气边界层廓线测量
用于大气边界层廓线直接测量的仪器主
要为低空探空仪和系留探空仪。 系留探空仪是大气边界层探测的主要
工具之一，它可测量地面至1000m高度的大 气温度、湿度、风速、风向、气压等气象 要素。
u u ln( z ) k z0
§2 近地层气象塔测量 ——平均量测量仪器的安装高度
中性条件下近地 层风速随高度可 用对数廓线近似 表示
u u ln( z ) k z0
式中的u为z高度上的风速，u*为摩擦速度，z0为粗糙度 高度，κ为卡门（Karman）常数，一般取0.35-0.40之间的
湿度传感器结构示意图
§2 近地层气象塔测量 ——风速脉动量的测量
风速脉动量测量仪器主要有热线风速仪和超声 风速温度仪，从频率响应特性来讲，热线风速仪是比较
理想的风速脉动量的测量仪器，该类风速传感器的体积非 常小，可做到微米量级，因此具有非常好的频率响应特性， 可以说没有任何一种其它类型的传感器能与热线风速仪的
某个数值。所以在近地层梯度测量中仪器的架设高度一般按 对数律设置。在几十米以下一般取0.5、1.0、2.0、4.0、 8.0、16.0、32.0m等高度，有时为了与气象站测风高度一致， 在10m高度上也安装有风速、风向传感器。
§2 近地层气象塔测量 ——平均温度廓线的测量
温度廓线的测量要求精度为0.01℃，分辨率为
要小于0.5m/s，精度要高于0.1m/s。
§2 近地层气象塔测量 ——平均湿度廓线的测量
湿度可能是测量最为因难的要素之一，湿度测量的 方法很多，所以用于气象塔廓线测量的湿度传感器也比较 多，主要有干湿球法、露点湿度计和高分子吸湿材料制 作的湿度传感器。其中干湿球测湿法是野外实验中经常采
大气层的边界：探索上层大气的奥秘
1、引言大气层是地球周围的一层气体包围物，它在地球表面上空延伸数百公里。
人们通常将大气层分为五个层次：对流层、平流层、跳跃层、热层和外层。
然而，在这些层次的边界上有着许多令人着迷的奥秘等待我们去探索。
2、对流层的边界对流层是大气层中最接近地球表面的一层，大约从地球表面延伸到10-15公里的高度。
它的边界被称为对流层顶部，是一个重要的地理位置。
在这个区域，天气现象形成和发展，例如云层、降雨、闪电和雷暴。
科学家们通过观察对流层顶部的变化来预测天气情况，并为我们提供准确的天气预报。
3、平流层的边界平流层位于对流层之上，高度约为50-60公里。
在平流层的边界上，温度开始逐渐升高。
这个现象被称为平流层的倒转层，因为它与对流层中的温度下降相反。
这种倒转层是由于平流层中的臭氧层吸收了太阳辐射而产生的。
臭氧层的存在对我们的生存至关重要，因为它可以过滤掉太阳辐射中的有害紫外线。
4、跳跃层的边界跳跃层是大气层中的第三个层次，高度约为80-85公里。
在跳跃层的顶部有一个非常有趣的现象，被称为“跳跃层的跃迁”。
当空气从对流层上升到跳跃层时，密度逐渐减小，直至达到跳跃层的边界，然后密度突然增加。
这种密度变化导致声波在跳跃层之上传播，而不是向下传播，从而使声音无法在跳跃层之间传递。
因此，在跳跃层之上，没有声音的传播，这就是为什么太空中是无声的原因。
5、热层的边界热层是大气层中的第四个层次，高度约为500-1000公里。
在热层的边界上发生着一些令人难以置信的现象，例如极光。
极光是由太阳风与热层中的气体相互作用而产生的。
当太阳风中的带电粒子进入热层时，它们与大气层中的气体碰撞并释放出能量，形成了美丽的极光。
6、外层的边界外层是大气层中最高的一层，高度超过1000公里。
在外层的边界上，存在着一个神秘的区域，被称为磁层辐射带。
这个区域中的粒子受到地球磁场的影响，形成了一个类似于辐射带状的结构。
磁层辐射带对电子设备和卫星有着很大的影响，因为高能粒子可以干扰它们的运行。