边界层气象学课件：CH07_稳定边界层.pptxVIP

CH07.稳定边界层;一、稳定边界层特征;Stull;（1）稳定边界层的共同特征是有逆温层，此时浮力的作用不但不能给湍流补充动能，相反，湍流微团在垂直运动中因反抗重力作功而损失动能，所以湍流能量很弱。但因为还有切应力的作用，所以湍流不会完全消失，而是在弱的水平上维持，在大气边界层中仍是一个不可忽略的因子。这种情况下，湍流热交换过程并不占优势，而其它的热交换过程例如辐射、平流、气层的抬升及地形等的影响与湍流热交换过程的影响相当。;（2）理论分析和实验事实均表明，当浮力引起的湍流动能损失达到切应力产生动能的1/5左右，湍流便会因连续不断地耗散而衰竭，这相当于通量理查孙数Rf = 0.2。此时湍流结构在空间和时间上出现不连续，形成所谓的间歇性湍流或波与间歇性湍流共存。 ;（3）因湍流很弱，湍涡尺度小，边界层不同层次之间的相互作用减弱，地面强迫对边界层的响应放缓。下垫表面的强制作用达到边界层顶所需的时间尺度可长达数个小时，形成分层式湍流，故边界层往往不能作为整体处理。例如，由地面参量计算的莫宁—奥布霍夫长度值不能代表边界层中、上层的情况。 ;（4）各种特征量在边界层顶没有明显的过渡特征，难于确定层顶的位置。 总之，由于湍流弱，其他的热力学和动力学因子的作用会表现出来，并与湍流相互作用而构成稳定边界层的特征。因此随着热力学和动力学因子大小的变化，稳定边界层就会发生相应的变化，增加了稳定边界层研究的复杂性和难度。而且，由于湍流及其他各项因子的量都比较小，使实际观测的精确度受到影响，不易将它们的数值特征从观测误差中分离。 比较有利的条件只有一点：稳定边界层发展的中、后期，边界层内的各种过程随时间变化较弱，可以视作为平稳过程。 ;二、稳定边界层模式;稳定边界层的高度：;位温廓线的理想模式 a：;位温廓线的理想模式 b：;位温廓线的理想模式 c：;位温廓线的理想模式 d：;位温廓线的理想模式 e：;累积冷却量的预报：;积分冷却量定义：;积分冷却量预报：;夜间，总通量为负值，一般夜晚，该值总体变化不是很大，假如为常数，则：;积分厚度：;例：晴朗夜晚，f=10-4s-1。Zδ=4km，地转风G=10ms-1，总冷却量QT=-0.03Kms-1。求6小时后稳定边界层的积分厚度和位温强度，给出由此产生的对混合模式、线性模式、指数模式的位温廓线;积分厚度尺度;完全混合模式时边界层高度：;三、低空急流;边界层内出现超地转风的现象，可以简单从运动方程看出，定常、水平均匀边界层内：;惯性振荡理论解释低空急流：（Blackadar 1957） 认为低空急流是由于夜间边界层湍流减弱，上部风速产生惯性振荡使风速逐渐加速而形成的。 由于地面强摩擦阻力的作用，白天混合层内的风矢量保持较强的次地转分布；入夜后，转变为稳定层结的大气边界层其湍流强度迅速减弱，导致雷诺应力减小到很低的量级，称为摩擦撤除效应。最终导致科氏力诱发出惯性振荡。 ;;显然，入夜后，风将围绕地转风振荡， 周期为2π/f;;;CH07.稳定边界层 结束;课后练习题：