第一章 大气边界层与边界层气象学研究.ppt

第一章大气边界层与边界层气象学研究第一节大气边界层及其特性1-1 大气边界层(重点掌握)~ 10 km1~2 km自由大气平流层边界层?大气边界层(ABL)Atmospheric boundary layer?行星边界层(PBL)ary boundary (1904)首次引入空气动力学大气运动尺度分析角度定义水平尺度水平尺度水平尺度20m20m~200m200m~2km2~20km20~200km200~2000km2000~10000km>10000kmmicro-γmicro- βmicro- αmeso- γmeso- βmeso- αmacro- βmacro- αγ小尺度β小尺度α小尺度γ中尺度β中尺度α中尺度β大尺度α大尺度小尺度中尺度大尺度Orlanski(1975)尺度定义大气科学中小尺度分类> 200km 台风Meso?尺度20km ~ 200km 低空急流Meso?尺度2km ~ 20km 重力波、地形Meso?尺度200m ~ 2km 对流Micro ?尺度20m ~ 200m 对流单体Micro ?尺度2m ~ 20m 烟气扩散Micro ?尺度< 2m 湍流Micro ?尺度定义:大气边界层位于对流层的最底部,由于直接与地面相贴而强烈受到分子粘性、湍流摩擦、辐射增热、水汽交换、物质扩散各种交换作用和地形的影响,致使湍流应力成为重要因子而不可忽略,与之相联系形成ABL。即直接受地面影响的那部分对流层,它响应地面的作用而且时间尺度为1小时或者更短。有时ABL高度难以判断1-2 风与气流(重点掌握)uuuu??????平均风波动湍流平均风: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-米的量级波动:有规则和一定的周期变化,形式多样,常见:重力波、惯性波湍流:大气边界层的主要运动形态,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。大气湍流和波动叠加在平均场上,表现为风的起伏和扰动。1-3 湍流输送(重点掌握)定义:湍流是叠加在平均风上的阵风,是一种随机的不规则运动。湍流响应地面作用及其变化,是动量、热量、水汽和物质从地面反馈进入大气并以时空混合的主要大气过程。湍流以各种尺度相互叠加的湍涡形式存在。按照能量学的观点,大气湍流的存在和维持有三大类型:?机械的或地面粗糙度的影响?热力不稳定性地表加热或冷却?水平和垂直风切变-波产生湍流密度界面上的开尔文-亥姆霍兹波