大气边界层与边界层气象学研究

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章,大气边界层与边界层气象学研究,1,第一节 大气边界层及其特性,11 大气边界层（,重点掌握,）, 10 km,12 km,自由大气,平流层,边界层,2,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,3,大尺度,中尺度,小尺度,大尺度,大尺度,中尺度,中尺度,中尺度,小尺度,小尺度,小尺度,macro-,macro-,meso-,meso-,meso-,micro-,micro-,micro-,10000km,2000,10000km,2002000km,20200km,220km,200m,2km,20m200m,20m,水平尺度,水平尺度,水平尺度,Orlanski(1975)尺度定义,4,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,12m/s,）或阴天条件：中性边界层,38,不同时刻，大气边界层平均位温廓线,作业：请根据晴天、小风天气情况下从S1S6时刻的位温垂直廓线变化分析大气边界层结构的日变化,FA:,自由大气层,ML:,混合层,RL:,残留层,SBL:,稳定边界层,SL:,近地层,SCL: 云下层,S7,39,PBL结构变化特征：,见书上P3134：,总之：分析大气边界层结构变化特征，具体问题具体分析。,考虑,天气条件,，,下垫面,，,地形,以及,季节、层结稳定度条件,等的变化对大气边界层的影响。,40,2-2 爱克曼螺线和爱克曼层(,了解,),在中性层结、下垫面水平均匀、大气定常，且粘滞系数为常数的情况下所求得的风随高度变化的解，即为经典的Ekman风廓线解。,可定性给出边界层运动的一些性质，但并非很合适的解。,41,2-3 大气稳定度与PBL结构（,逐渐掌握,）,稳定度，采用M-O长度L作为判据,不稳定（对流）、中性、稳定,42,不稳定边界层结构及其流场图象,。（引自Wyngaard, 1990),稳定边界层结构及其流场图象,。（引自Wyngaard, 1990),盖帽逆温,上部稳定层结中的波动及下部大对流湍涡,湍流层较浅,层内存在显著平均梯度,风速极值分布,湍涡尺度小,伴随叠加重力波,43,44,45,2-4 地面影响与PBL结构（,了解,）,辐射平衡,能量平衡,地表粘滞应力,湍流应力,动量通量,热量通量,水汽通量,地面的性质反照率、,辐射率、,粗糙度、,热传导率、热容量、,渗透率、,植被阻抗,等,边界层,结构,变化,46,下垫面不同，边界层结构不同！,城市边界层、海洋边界层、极地边界层、沙漠边界层、绿洲边界层.,47,第三节 边界层气象学研究,边界层和自由大气比较,48,边界层研究主要方法（掌握）,理论研究,观测试验,物理模拟,数值模拟,大气边界层的研究方法通常是采用,理论和实验相结合，并以实验为主,，理论上有以混合长理论和相似理论（量纲分析）为基础的,半经验理论,及以概率论数理统计为基础的,湍流统计理论,。,在应用中又以半经验理论为主。实验方法则是以野外观测及室内模型实验同时进行。,近几十年来，由于计算机速度的不断提高，大气边界层的,数值模拟研究方法,成为一种常用的研究手段。,49,