動力氣象-第八章(大氣邊界層3)

1、第八章第八章 大氣行星邊界層大氣行星邊界層主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 大氣邊界層及其特征大氣邊界層及其特征2 湍流平均運動方程、混合長理論湍流平均運動方程、混合長理論3 近地面風隨高度的變化規(guī)律近地面風隨高度的變化規(guī)律 4 ?？寺鼘又酗L隨高度的變化規(guī)律?？寺鼘又酗L隨高度的變化規(guī)律 5 二級環(huán)流、?？寺槲托D(zhuǎn)減弱二級環(huán)流、?？寺槲托D(zhuǎn)減弱 物理分析物理分析 5 二級環(huán)流、埃克曼抽吸和旋轉(zhuǎn)減弱二級環(huán)流、?？寺槲托D(zhuǎn)減弱 相應(yīng)的，自由大氣中的氣旋區(qū)要產(chǎn)生輻散，反氣旋區(qū)要產(chǎn)生輻合，這樣就在垂直面內(nèi)形成閉合環(huán)流。閉合環(huán)流。 如果將水平面上的氣旋、反氣旋，如果將水平面上的氣旋、反氣旋，稱為一級環(huán)流，則

2、稱這個由一級環(huán)流誘稱為一級環(huán)流，則稱這個由一級環(huán)流誘發(fā)的、在垂直面上的閉合環(huán)流，為發(fā)的、在垂直面上的閉合環(huán)流，為二級環(huán)流的作用：使邊界層與自由大二級環(huán)流的作用：使邊界層與自由大氣發(fā)生物理量交換。氣發(fā)生物理量交換。 (1) 從角動量的角度看：邊界層中角動量小的空氣，輸送到自由大氣；自由大氣中角動量大的空氣，輸送到邊界層。結(jié)果：由自由大氣向邊界層輸送角動量。 自由大氣角動量減少，大氣旋轉(zhuǎn)減弱旋轉(zhuǎn)減弱 邊界層角動量增加，以補償耗散。 （2）從渦度角度看：氣旋區(qū)輻散氣旋減弱自由大氣中：旋轉(zhuǎn)減弱反氣旋區(qū)輻合反氣旋減弱氣旋區(qū)輻合氣旋加強邊界層中：用來補償耗散反氣旋區(qū)輻散反氣旋加強注意：自由大氣中忽略耗散，

3、是通過與邊界層發(fā)生相互作用使得大氣旋轉(zhuǎn)減弱，耗散發(fā)生在邊界層。Ekman抽吸與二級環(huán)流抽吸與二級環(huán)流風穿越等壓線由高壓吹向低壓而輸送的質(zhì)量，是由v分量引起的?？疾煊筛邏合虻蛪狠斔颓闆r。 0BhMvdzvvldz 由于穿越等壓線從高壓向低壓輸送由于穿越等壓線從高壓向低壓輸送質(zhì)量，在氣旋（低壓）產(chǎn)生輻合上升，質(zhì)量，在氣旋（低壓）產(chǎn)生輻合上升，反氣旋（高壓）產(chǎn)生耗散下沉，在邊界反氣旋（高壓）產(chǎn)生耗散下沉，在邊界層頂產(chǎn)生垂直運動。層頂產(chǎn)生垂直運動。 由輻合量得到相應(yīng)的垂直速度。由輻合量得到相應(yīng)的垂直速度。 上該式表明，?？寺鼘禹?shù)拇怪彼俣葁(De)與地轉(zhuǎn)風渦度g成正比。 對于典型的天氣尺度系統(tǒng)來說，g

4、10-5m/s，f10-4/s，De103m，w0.510-2ms-1，這與自由大氣本身的垂直速度具有相同的量級。2EgKwf 準地轉(zhuǎn)渦旋流場中，由于湍流摩擦效應(yīng)將會在?？寺鼘又性斐蓮娖鹊你U直環(huán)流，它疊加在準地轉(zhuǎn)水平環(huán)流（地轉(zhuǎn)渦旋的切向環(huán)流，也稱為一級環(huán)流，它是自由大氣不計湍流粘性應(yīng)力而形成的環(huán)流）上，稱之為二級環(huán)流。二級環(huán)流是由行星邊界層摩擦所驅(qū)動，所以產(chǎn)生此二級環(huán)流的機制稱為?？寺槲?。2EgKwf二級環(huán)流示意圖二級環(huán)流示意圖大氣旋轉(zhuǎn)減弱大氣旋轉(zhuǎn)減弱 ()BBgHHghhduvfdtxydwfdtzdwdzfdzdtz 名次解釋名次解釋 1.行星邊界層行星邊界層(PBL) 2.?？寺？寺?/p>

5、(Ekman)層層 3.上部邊界層上部邊界層 4. 雷諾應(yīng)力雷諾應(yīng)力 5.普朗特普朗特(Prandtl)混合長混合長 6.湍流摩擦力湍流摩擦力 7.風的對風的對數(shù)分律數(shù)分律 8.風的指數(shù)分布律風的指數(shù)分布律 9.埃克曼螺線埃克曼螺線 10.?？寺叨劝？寺叨?11.梯度風高度梯度風高度 12.?？寺？寺槲槲?13.一級環(huán)流一級環(huán)流 14.二級環(huán)流二級環(huán)流 15.旋轉(zhuǎn)減旋轉(zhuǎn)減弱弱 16.埃克曼抽吸?？寺槲?17.摩擦速度。摩擦速度。 隨高度（Z），風速C 逐漸增大，當?shù)侥骋桓叨葧r，風與地轉(zhuǎn)風的大小相等，令該高度為Zc：Zc 略小于/2hE，為?？寺鼧烁叩?.46倍。/2 /2 /2 /2 /12cos( /)12cos( /)112cos( /)12cos( /)2cos(/)2/1.461.461.46455EEEEEEcEEEz hz hgEgz hz hEz hz hEzhz hz hEcEcEcEcuez heuez heez heez heezhKzhzhmf 作業(yè)題作業(yè)題1： 偏角隨高度逐漸，風向自地面向上朝右旋轉(zhuǎn)，到某一高度與地轉(zhuǎn)風方向趨于一致。其中第一次與地轉(zhuǎn)風方向