第一章
大气边界层与边界层气象学研究
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 km
1~2 km
自由大气
平流层
边界层
大气边界层与边界层气象学研究
大气边界层(ABL)
Atmospheric boundary layer
行星边界层(PBL)
Planetary boundary layer.
流体力学定义
Prandtl(1904)首次引入空气动力学
大气运动尺度分析角度定义
大气边界层与边界层气象学研究
大尺度
中尺度
小尺度
α大尺度
β大尺度
α中尺度
β中尺度
γ中尺度
α小尺度
β小尺度
γ小尺度
macro- α
macro- β
meso- α
meso- β
meso- γ
micro- α
micro- β
micro-γ
>10000km
2000~
10000km
200~2000km
20~200km
2~20km
200m~
2km
20m~200m
20m
水平尺度
水平尺度
水平尺度
Orlanski(1975)尺度定义
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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
大气边界层与边界层气象学研究
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
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1-2 风与气流(重点掌握)
平均风
波动
湍流
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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。
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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。
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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
大气边界层与边界层气象学研究
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