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  《大气边界层气象学》的研究对象是大气边界层,是研究边界层大气的物理现象、物理结构、运动规律(运动学、动力学、能量转化等)及其应用方法的一门学科。大气边界层为大气受下垫面影响的层次,或大气与下垫面相互作用的层次,更精确地说,应是在小于一天的时间尺度上相互作用的层次,因为如果时间尺度更长,下垫面影响的高度会更高。 大气边界层的厚度差异很大,晴天白天高度可达1-2km,而夜间当地面强烈冷却时,可能只有100m的量级,平均而言,可认为厚度几百米或量级为1km。如果再细分,在大气边界层最下部约1/10的厚度内,即最接近地表的部分可称为近地层。近地层有其特殊性质,研究得较为充分。近地层以上的边界层可称为“外层”或“Ekman层”。

      大气边界层有别于其上的自由大气的基本特点就是其运动的湍流性。自由大气中也有时有“晴空湍流”存在,但不像边界层中湍流是始终占主导地位的流动。而边界层湍流运动也正是下垫面作用作用的结果。在地表空气运动速度为零;在海面,海水流动速度相对于空气而言也是非常小,因而在海面也可以近似看成风速为零。而在这个零风速与边界层某个高度处的某个风速之间就会形成巨大的风切变。按流体力学的混合长理论,如果风切变越大,则由流点垂直位移形成的扰动速度也会越大,即越易形成湍流。这我们也可称为机械湍流,因为它纯由机械运动而形成。
      地表与大气的一个重要物理性质的差别是其辐射特性。地表白天强烈吸收日光辐射,使表面增温强烈,在地表与大气间形成一个强的超绝热的温度梯度,对做向上(向下)垂直运动的气块形成一个正(负)的净浮力,使垂直运动得到加速,加剧了湍流运动,此时温度层结是不稳定的。夜间地表因长波辐射而剧烈降温,形成与白天相反的垂直温度梯度,造成与白天相反的净浮力,减弱垂直运动。此时温度层结是稳定的。这种由温度层结形成的湍流运动可称为热力湍流,它是大气所特有的。由于下垫面的这种作用是的边界层内的温度垂直梯度远大于自由大气的温度垂直梯度,因而也造成了边界层内的强湍流。
      大气边界层的运动形式主要是湍流运动,而大气边界层内主要的物理过程就是湍流运动引起的各种物理量,包括热量、水汽、动量和各种物质如污染物的湍流交换和输送,这种湍流交换过程决定了边界层内各种变量的空间分布和时间变化。
      研究大气边界层具有非常重要的意义,对边界层中湍流运动特点的研究以及气象要素分布规律的掌握有利于作出更准确的数值预报和精确描述污染物扩散问题,以上两点在历史上也是推动边界层学科发展的动力。本课程将要介绍控制大气边界层运动的基本方程,近地层气象学相似理论,近地层湍流微结构,全边界层相似理论等方面的知识。

推荐教材:
 
书名 边界层气象学教程 编著者 赵鸣 
ISBN 7-5029-0670-3/P·0362 版本号 第一版(1991年10月) 
出版社 气象出版社 定价 4.80元 
 
参考教材:
书名 大气边界层动力学 编著者 赵鸣 
ISBN 7-04-018947-X 版本号 2006年7月第一版 
出版社 高等教育出版社 定价 34.60元 

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