大氣邊界層

靠近地球表面的大氣層區域

大氣邊界層是靠近地球表面的大氣層區域,高度大致為300~1000米。

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靠近地球表面、受地面摩擦阻力影響的大氣層區域。大氣流過地面時,地面上各種粗糙元,如草、沙粒、莊稼、樹木、房屋等會使大氣流動受阻,這種摩擦阻力由於大氣中的湍流而向上傳遞,並隨高度的增加而逐漸減弱,達到某一高度后便可忽略。此高度稱為大氣邊界層厚度,它隨氣象條件、地形、地面粗糙度而變化,大致為。
流體力學角度看,大氣邊界層氣流(即風)有如下特點:
①風速隨高度增加而逐漸增大 風速在地表面等於零,而在大氣邊界層外緣同地轉風速度相等。變化規律可用經驗公式表示:
式中為離地面處的風速; 為在離地面處某參考點的風速;為冪指數,隨地面粗糙度和溫度而變化。加拿大的A.G.達文波特根據現場觀測,得出幾種典型地貌的 值(見表)。
湍流結構 在大氣邊界層中,大氣流動具有很大的隨機性,基本上是湍流流動,其結構可用湍流度、雷諾應力、相關函數和頻譜(見湍流理論)等表示,氣流湍流度可達20%。
③風向偏轉 在北半球,由於地球自轉產生的科里奧利力(見相對運動)的作用,順著地面附近風的方向看,風向隨高度的增加逐漸向右偏轉(見圖),而在大氣邊界層外緣,與地轉風的風向相合,風向偏轉角度因時因地而異,一般可達幾十度以上。
④溫度層結(即溫度梯度)大氣溫度T隨高度z而變化,其變化率直接影響大氣的穩定度。當(為大氣干絕熱遞減率,約為每一百米),大氣呈穩定的狀態;特別是當時,穩定度特別大,稱為逆溫狀態;當時,大氣呈中性穩定狀態;當時,大氣呈不穩定狀態。