大气边界层 atmospheric boundary layer

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1、大气边界层atmosphericboundarylayer，指靠近地球表面、受地面摩擦阻力影响的大气层区域。　　  大气分层示意图大气流过地面时，地面上各种粗糙元，如草、沙粒、庄稼、树木、房屋等会使大气流动受阻，这种摩擦阻力由于大气中的湍流而向上传递，并随高度的增加而逐渐减弱，达到某一高度后便可忽略。此高度称为大气边界层厚度，它随气象条件、地形、地面粗糙度而变化，大致为300～1000米。编辑本段特征　　从流体力学角度看，大气边界层气流（即风）有如下特点：　　①风速随高度增加而逐渐增大　风速在地表面等于零，而在大气边界层外

2、缘同地转风速度相等。变化规律可用经验公式表示：　　  公式　　式中v∞为离地面z处的风速;v∞r为在离地面zr处某参考点的风速；n为幂指数,随地面粗糙度和温度而变化。加拿大的A.G.达文波特根据现场观测，得出几种典型地貌的n值（见表）。　　②湍流结构　在大气边界层中，大气流动具有很大的随机性，基本上是湍流流动，其结构可用湍流度、雷诺应力、相关函数和频谱（见湍流理论）等表示，气流湍流度可达20％。　　③风向偏转　在北半球，由于地球自转产生的科里奥利力（见相对运动）的作用，顺着地面附近风的方向看，风向随高度的增加逐渐向右偏转（

3、见图），而在大气边界层外缘，与地转风的风向相合，风向偏转角度因时因地而异，一般可达几十度以上。④温度层结（即温度梯度）　大气温度T随高度z而变化，其变化率直接影响大气的稳定度。当（г为大气干绝热递减率，约为每一百米0.98℃）,大气呈稳定的状态；特别是当时，稳定度特别大,称为逆温状态；当时,大气呈中性稳定状态；当时，大气呈不稳定状态。大气湍流科技名词定义中文名称：大气湍流英文名称：atmosphericturbulence定义："空气质点呈无规则的或随机变化的运动状态以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科

4、名片  大气湍流大气湍流是大气中的一种重要运动形式，它的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强，远大于分子运动的交换强度。大气湍流的存在同时对光波、声波和电磁波在大气中的传播产生一定的干扰作用。目录简介区域条件简史规律尺度谱能量谱编辑本段简介　　流体的运动主要分为层流和湍流，层流属于规则运动，湍流则属于不规则运动。大气湍流是大气中一种不规则的随机运动，湍流每一点上的压强、速度、温度等物理特性等随机涨落。大气湍流  大气湍流最常发生的3个区域是：大气底层的边界层内，对流云的云体内部，大气对流层上部

5、的西风急流区内。大气湍流的发生需具备一定的动力学和热力学条件：其动力学条件是空气层中具有明显的风速切变；热力学条件是空气层必须具有一定的不稳定性，其中最有利的条件是上层空气温度低于下层的对流条件。大气湍流运动是由各种尺度的旋涡连续分布叠加而成，旋涡尺度大的可达数百米，最小尺度约为1毫米。即使最小的旋涡尺度也比分子大得多，因此湍流运动与分子的无规则运动很有大区别。　　大气湍流运动中伴随着能量、动量、物质的传递和交换，传递速度远远大于层流，因此湍流中的扩散、剪切应力和能量传递也大得多。所以，大气湍流对飞行器的飞行性能、结构载荷

6、、飞行安全的影响很大。飞机在大气湍流中飞行时会产生颠簸，影响乘员的舒适程度，还会造成飞机的疲劳损伤。因湍流引发的飞行事故时有发生，但通过现代技术可以有效避开强湍流或尽量降低危害程度。飞行人员应积极利用气象预报等资料，避开湍流航线；旅客要养成全程系好安全带的习惯。　　在大气运动过程中，在其平均风速和风向上叠加的各种尺度的无规则涨落。这种现象同时在温度、湿度以及其他要素上表现出来。编辑本段区域　　①大气底层的边界层内。  大气湍流　　②对流云的云体内部。　　③大气对流层上部的西风急流区内。编辑本段条件　　大气湍流的发生需具备一

7、定的动力学和热力学条件：其动力学条件是空气层中具有明显的风速切变；热力学条件是空气层必须具有一定的不稳定度，其中最有利的条件是上层空气温度低于下层的对流条件，在风速切变较强时，上层气温略高于下层，仍可能存在较弱的大气湍流。理论研究认为，大  大气湍流气湍流运动是由各种尺度的涡旋连续分布叠加而成。其中大尺度涡旋的能量来自平均运动的动量和浮力对流的能量；中间尺度的涡旋能量，则保持着从上一级大涡旋往下一级小涡旋传送能量的关系；在涡旋尺度更小的范围里，能量的损耗起到了主要的作用，因而湍流涡旋具有一定的最小尺度。在大气边界层内，可观

8、测分析到最大尺度涡旋约为1千米到数百米；而最小尺度约为1毫米。编辑本段简史　　对湍流的研究已有近百年的历史，1839年，G.汉根在实验中首次观察到由层流到湍流的转变。1883年，O.雷诺又在圆管水流实验中找出了层流过渡到湍流的条件。在理论研究方面，1895年雷诺曾把瞬时风速分解为平均风速和叠加在上面的湍