1第一章大气边界层概述 (2)解析

地球大气垂直分层
大气边界层
陆地上空的边界层 混合层、残留层和稳定边界层
边界层气象学
(BLM: Boundary Layer Meteorology)
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
Tellus Nature, 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பைடு நூலகம்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: Atmospheric Boundary Layer) 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） (PBL: Planet Boundary Layer)
8. 赵鸣，大气边界层动力学，高教出版社，2006
主要参考杂志
1. 2. Boundary Layer Meteorology Journal of Geophysical Research -Atmospheres
3.
4. 5.
Geophysical Research Letters
Atmospheric Chemistry and Physics, Atmospheric Chemistry and Physics Discussions Journal of Applied Meteorology
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。
6. Garratt, J. R., 1992, The Atmospheric Boundary Layer, Cambridge University Press, UK
7. Oke, T. R., 1987, Boundary Layer Climates, Methuen Co. Ltd, USA
3. Ekman层（上部边界层）：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 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
四. 研究意义 空气之间各种属性的交换，主要是通过大气边 界层进行的，因而边界层气象的研究，显得非 常重要，一方面有基础意义，是大范围天气过 程形成的背景和基础。另一方面又广泛的应用 价值，人类活动主要在边界层，例如环保、农 田、水利、资源开发、交通、城建等与国计民 生有关的重大课题都与边界层气象密切相关。
主讲人 张镭 教授
2012. 9.
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
1. 赵鸣，苗曼倩，王彦昌，边界层气象学教程，气象出版社，1991 2. Sutton, O. G., 1953, Micrometeorology.中译本，微气象学，高教出 版社，1959 3. 莱赫特曼，D. Л., 1973, 中译本，大气边界层物理，科学出版社， 1982 4. Haugen, D.A. edit, 1973, Workshop on Micrometeorology.中译本， 微气象学，科学出版社，1984 5. Stull, R. B., 1988, An Introduction to Boundary Layer Meteorology. 中译本，边界层气象学导论，气象出版社，1991
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。参见前图。 （1）混合层：不稳定边界层，且其上层是稳定层。 （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。 （3）稳定边界层：夜间，与地面接触的残留层底部逐 渐变为稳定边界层。其特点，在静力稳定大气中有 零散的湍流，虽然夜间近地面层风速常常减弱或静 风，但在200m左右高度，可能出现低空急流或夜间 急流，达到超地转风速。
热的表层温度可使最低层几毫米的空气产生很大的温度梯度 。
2. 近地层（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。
6.
7. 8.
Journal of Atmospheric Sciences
Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society Journal of Meteorological Society of Japan
9.
10. 11. 12.
Advances in Atmospheric Sciences
粘性副层中由分子输送的热通量可表示为：
T QH z
为分子热扩散率（空气的分子热扩散率为210-5m/s）。典 型的热通量值为0.2Km/s，由此计算的温度梯度为1.0104 K/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 ℃，假如 赤脚通过黑色柏油马路，同地面表层一接触就感到灼热。灼