边界层理论与陆面过程-L

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1、边界层理论与陆面过程大气科学学院2011级硕士研究生课程主讲：陈海山教授课程简单介绍对流层下部有一层直接与下垫面作用，有摩擦（动力）、热交换（热力）、水汽交换等作用。22大气边界层是指离地面1~2公里范围的大气层最底下的一个薄层，它是大气与下垫面直接发生相互作用的层次，它与天气、气候以及大气环境研究有非常密切的关系。由于人类的生命和工程活动绝大多数都是发生在这一层次内，所以大气边界层的研究又与工业、农业、军事、交通、以及城市规划和生态环境保护等紧密相关。动量、热量、水分、物质交换33（大气）边界层理论主要研究发生在大气边界层中的各种动力和物理过程。下边界：陆

2、面过程主要研究发生陆面的基本过程及其与大气间的相互作用。大气边界层：大气与下垫面（陆地、海洋）之间形成的一个运动性质特殊的区域。44第一部分：（大气）边界层理论阐述大气边界层基本概念和介绍理论、方程的基础上，讲解大气边界层研究的的特征、规律，试图给出大气边界层分析的一般方法。大气边界层概述大气边界层湍流基础大气边界层（大气湍流）的控制方程和稳定性参数近地层气象学及近地层相似理论（定常大气边界层）下垫面的能量平衡和热力强迫地表湍流通量的计算方法非定常大气边界层（大气边界层）非均匀下垫面大气边界层大气边界层的数值模拟和边界层参数化简介课程讲授计划一55本部分重点

3、介绍大气边界层物理最基本的内容，包括大气边界层的特征，描述大气边界层的主要数学物理工具，大气湍流理论，大气边界层的半经验相似理论、数值模拟等。参考书目：杨长新译RoladB.Stull《边界层气象导论》气象出版社1991Stull,R.B.1988：AnintroductiontoboundarylayermeteorologyKluwerAcademicPublishersGarratt,J.R.1992：TheatmosphericboundarylayerCambridgeUniversityPress赵鸣等《边界层气象学教程》气象出版社1991蒋维楣

4、等《边界层气象学基础》南京大学出版社1994赵鸣《大气边界层动力学》气象出版社200466第二部分陆面过程介绍陆面状况的基本特征、陆面过程及陆气相互作用的概念、原理；陆面参数化方案和陆面模拟的原理和方法。课程讲授计划二参考材料：孙菽芬《陆面过程的物理、生化机理和参数化模型》气象出版社2005陆面过程概述陆面过程的重要性陆面过程参数化的主要内容和陆面模式的发展陆面的能量平衡陆面的水分平衡陆面的其他过程（植被的生物物理、生物化学过程、积雪、冻土过程）代表性陆面模式介绍陆面过程模拟陆面过程研究的最新进展和动态77第1讲大气边界层概述内容提要:大气边界层的基本概念、

5、基本特征；大气边界层的基本过程、作用及其大气边界层研究的重要意义；大气边界层的基本特征、结构；大气边界层研究的历史回顾、方法和应用情况。88一、大气边界层的基本概念1、大气边界层的含义大气边界层：大气与下垫面（陆地、海洋）之间形成的一个运动性质特殊的区域。流体力学边界层：99大气的最低部分受地面影响的一层，平均厚度为地面以上1km范围，以湍流运动为主要特征。大气边界层又称行星边界层，是指存在着连续性湍流的低层大气：（1）湍流是边界层大气的主要运动形态，对地表面与大气间的动量、热量、水汽及其他物质的输送起着重要作用；（2）地球表面热力强迫的日变化通过湍流混合扩

6、散使得边界层中气象要素呈现日周期的循环。大气边界层(ABL)：Atmosphericboundarylayer行星边界层(PBL)：Planetaryboundarylayer.大气边界层的定义：10102、大气边界层的主要特征：（1）大气运动的湍流性大气边界层的主要运动形态一般是湍流：不规则性和脉动性。风和气流的三种主要形态：平均风速波动湍流1111大气边界层湍流：（1）机械湍流：风切变，机械运动（2）热力湍流：辐射特性的差异白天：不稳定夜间：稳定1212（2）大气边界层的日变化气象要素的空间分布具有明显的日变化（DiurnalCycle)1313下垫面的

7、作用:表面加热和冷却的日循环引起热力稳定度的日变化，从而影响湍流混合和动量交换过程，进而边界层中风的分布。不稳定边界层结构及其流场图象。（Wyngaard,1990)稳定边界层结构及其流场图象。（Wyngaard,1990)1414边界层结构明显的日变化1515二、大气边界层过程、作用和重要性1、边界层过程：湍流过程（1）湍流输送；（2）大气能量平衡；（3）层结和风2、大气边界层在大气中的重要作用（1）水汽通量（2）感热通量（3）摩擦消耗（动量、动能汇区）气象要素的输送+大气污染物的输送16163、研究边界层的意义（重要性）大气边界层研究与天气、气候、生态环

8、境以及人类的生命和工程活动密切相关。大气的基本能源是