边界层气象学试题库

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1、一、名词解释(每小题6分，共30分)1.雷诺数Re≡UL/v=特征惯性力/特征粘性力。Re数是判断两粘性流体运动是否相似的重要判据之一。2.总体理查逊数Rb=gθv∆θv∆zθv[∆U2+(∆V)2]3.雷诺平均对于任一物理量，当定义平均值后，可将湍流运动表示为湍流运动=平均运动+脉动运动。而将任意实际物理量表示为：A=A+A'，则为雷诺平均。4.大气边界层大气的最低部分直接受下垫面（地面）影响的层次，或者说大气与下垫面相互作用的层次。大气边界层厚度的时空差异很大，平均厚度为地面以上约1km的范围，以湍流运动为主要特征。还可细分为近地层（大气边界层下部约1/10

2、的厚度内）和Ekman层。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散使得边界层中气象要素呈现日周期的循环。5.定常湍流如果这些湍流统计参数不随时间变化，就称为平稳湍流或定常湍流；此时，足够长时间的平均即接近于总体平均。6.均匀湍流≡如果统计参数不随空间变化，称之为均匀湍流；此时，足够大的空间平均也接近于总体平均。7.普朗特混合长湍流运动中，单位质量的流体微团含有某种特性量q，如果①q是被动的，即不影响

3、流体的运动情况；②q是保守的，即在运行距离之后，q值守恒。在湍流运动过程中特性量q保持不变（失去原有特性）前所走过的距离，称之为混合长。8.常值通量层近地层较薄，可近似认为动量、热量和水汽垂直湍流输送通量几乎不随高度变化（风向也几乎不随高度改变），各种通量近似为常值，故称为常值通量层。常值通量层通常指的是动量常值通量层。9.Monin-Obukhov长度L=-u*3kgθw'θ'=u*2kgθθ*10.动力内边界层上游来流为中性大气，气流从一种粗糙度表面跃变到另一种粗糙度的下垫表面，在地面的动力强制作用下，在新的下垫面上空将形成一个内边界层，即动力内边界层。11

4、.热力内边界层气流从一种温度的下垫表面过渡到另一种温度的下垫表面，在地面的热力强制作用下，第6页共6页在新的下垫表面上空将形成一个内边界层，即热力内边界层。1.Ekman螺线在大气边界层中，风随高度增加，风向与地转风向之间的夹角逐渐减小，而风速逐渐增大，即在北半球风向右偏转逐渐趋于等压线方向，风速亦逐渐增趋于地转风速。如果将所得的风随高度的变化画成风矢端轨迹图，即是所谓Ekman螺线。2.海陆风在大水域（海洋和湖泊）的沿岸地区，在晴朗、小风的气象条件下，边界层内常观测到向岸和离岸风的交替变化。白天边界层下部的气流来自海面，称海风；夜间则风向相反，称作陆风。边界层

5、上层的风向则和下部相反，并在一定的范围内可以观测到上升或下沉气流，整个海风或陆风的出现保持着一种环流的形式。海陆风是由于水平温度分布不均一所引起。二、简答题1.简述大气边界层的主要特征。1）大气运动的湍流性：湍流输送是地面和大气之间进行动量、热量和水汽交换的主要渠道——湍流运动产生的扩散交换本身影响着温度和风速的垂直分布——行星边界层的形成是大气与其下垫面相互作用的结果。2）大气边界层中的风温廓线：3）大气边界层的日变化：边界层中气象要素的时间变化具有明显的日变化特征。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

6、分布。4）大气边界层的风向有规则地随高度右旋（北半球）——地球自转而形成的柯氏力的影响。5）大气边界层比一般流体边界层更为复杂。不仅有动力作用、还存在热力作用——温度分布影响着湍流脉动动能。2.大气边界层的主要过程及其主要作用是什么？湍流过程——（1）湍流输送；（2）大气能量平衡；（3）层结和风重要作用：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3.大气边界层中可分为哪些层次？简述各自的主要特征。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。2）近地层（常值通量层）：大气受地表动力

7、和热力影响强烈，气象要素随高度变化激烈，运动尺度小，科氏力可忽略。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。3）Ekman层（上部摩擦层）：在这一层里，湍流粘性力、科氏力和气压梯度力同等重要，需要考虑风随高度的切变。4.简述湍流的基本特征。（1）随机性：湍流是非规则的，混乱的、不可预测的；（2）非线性：湍流是高度非线性的。当流动达到某一特定状态，如Reynolds数或Richardson数超过某临界值，流动中的小扰动就会自发地增长，并很快达到一定的扰动幅度；（3）扩散性：湍流会

8、引起动量、热量及流动中的