第1章大气边界层之2.pptVIP

第1页，共27页，星期日，2025年，2月5日z≤0.1Zi近地边界层大气边界层Zi上部摩擦层（Ekman层）逆温层底云层夹卷层1.2.1大气边界层垂直分层结构02101001k10k高度（米）对流层顶自由大气近地面层贴地层（冠层）动量热量水分物质交换第2页，共27页，星期日，2025年，2月5日（1）粘性副层（微观层）：分子输送过程处于支配地位，分子切应力远大于湍流切应力，几厘米厚。（3）Ekman层（上部摩擦层、外部边界层）：在这一层里，湍流粘性力、科氏力和气压梯度力同等重要，风随高度变化明显，需要考虑风随高度的切变。大气边界层垂直分层结构（2）近地边界层（=近地面层+冠层，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。由于近地层很薄和湍流扩散强烈混合的结果，该层中动量、热量和水汽的铅直输送通量不随高度变化，同样原因，近地层中风向也不随高度变化。第3页，共27页，星期日，2025年，2月5日(Oke,1987)自然界中的流体运动存在着两种完全不同的运动状态层流：平顺、光滑、清晰，没有掺混现象湍流（紊流、乱流）：杂乱无章、看上去毫无规则第4页，共27页，星期日，2025年，2月5日近地边界层特征高度：z≤0.1Zi，受下垫面的直接影响风速、温度等气象要素场随高度剧烈变化地面粗糙度?小尺度湍流，地面增热?热力对流常通量层，各种湍流通量随高度几乎不变该层以上，湍流通量逐渐减弱风向随高度近乎不变，气流结构不受科氏力影响第5页，共27页，星期日，2025年，2月5日 边界层垂直高度的时空变化很大，空间范围从几百米到几千米。 海洋上：由于海水上层强烈混合使海面温度日变化很少。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。1.2.2边界层发展的日变化陆地上:边界层具有轮廓分明、周日循环发展的结构。第6页，共27页，星期日，2025年，2月5日大陆高压区边界层发展的日变化 （1）混合层：湍流混合以对流为主。 （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。其特点为在静力稳定大气中有零散的湍流单体，这些湍流单体的上升气流仍然可以导致超地转风，形成低空急流或夜间急流。第7页，共27页，星期日，2025年，2月5日不稳定边界层（对流边界层ConvectiveboundarylayerCBL，混合层MixedlayerML）稳定边界层（Stableboundarylayer,Nocturnalboundarylayer）中性边界层（Neutralboundarylayer） 不同类型陆地边界层的基本特征CBLSBLBLDaytimeNighttimeNeutralstrongweakWindydaylargesmallmiddleSmallgradientLargegradientmiddleOccurredat**Turbulence intensityEddyscaleprofiles大气边界层的分类与特征第8页，共27页，星期日，2025年，2月5日白天：不稳定边界层（对流边界层、混合层）近地面层、混合层、夹卷层夜间：稳定边界层近地面层、稳定边界层、残留层(中性层结)强风（12m/s）或阴天条件：中性边界层大陆高压区边界层发展的日变化第9页，共27页，星期日，2025年，2月5日1.2.3大气能量收支与温度1.辐射平衡(Rn)太阳短波辐射Sin－向下地表反射短波辐射Sout－向上地球表面长波辐射Lin－向上大气长波辐射Lout－向下四分量辐射计Rn=（Sin-Sout）+（Lin-Lout）第10页，共27页，星期日，2025年，2月5日下垫面能量平衡分配：Rn=H+LE+G＋△S2.能量平衡Rn：辐射平衡H：显热通量LE：潜热通量G：土壤热通量△S：储热GHLEΔSRnRnLEHG第11页，共27页，星期日，202