大气边界层

大气边界层(ABL)底部层大气的。其定义的特点是,它与地球表面上几小时或更少的时间尺度。因此,所有选民发出在水面附近在ABL迅速扩散。这种快速的交互是一个动荡的直接结果,这是一个ABL的本质特征。在陆地上,其深度范围可以从几英里在白天晚上几dekameters。

地球表面附近的气氛几乎总是动荡;,空气不断接受看似随机的运动,除了风可能存在。风切变湍流(的来源的变化风速随高度和方向)和对流(运动由空气密度差异造成表面加热或潜在的加热从水相变化)。混乱动荡的明显特征是它的波动在一个广泛的范围内,无。因此,微量成分释放到湍流迅速扩散,这种扩散的小规模的模式是无法预测的。因为随机性和ABL动荡的大范围的尺度,在ABL过程常常被描述的统计平均值的波动。这意味着大多数的测量ABL时空平均的结构需要之前可以定量解释。

ABL的顶部的特点是温度的增加(如降低密度)与高度,也限制动荡的水平扩展。ABL的增长是通过吸入空气从上覆non-turbulent空气湍流漩涡。ABL气流的动能,是用来克服的低密度扩散到ABL上方的空气。ABL的最低几码dekameters被称为表层(SL)。这一地区,大约10%的ABL,特点是几乎恒定的垂直湍流运输和相对较大的垂直梯度;在ABL的其他部分相比,运输会有很大的波动,但梯度通常很小。在这一层,交互的平均风力造成的风切变的表面,和障碍,如植物、建筑、山和海洋膨胀,是动荡的主要来源。

如果湍流对流情况下代的ABL,它被认为是一个不稳定或对流边界层(CBL);如果ABL的水动力分层行为抑制或消除动荡,它被称为稳定边界层(SBL)。过程中一个典型的昼夜循环在土地,变成温暖的比表面上方的空气日出后几小时内,和温暖的最低层的空气所以它是温暖和密度小于空气更高。这个相对热空气上升,从而将其势能转换为动能的形式,深化边界层湍流波动在早上。下午三点左右,太阳能加热开始减少,边界层达到高原几英里的一个深度和湍流减少。

晚上,冷却表面的红外抑制湍流,而风切变在地表附近仍然可以产生它。因此,夜间SBL远shallower-typically几个dekameters或低温度随高度迅速下降低于白天CBL。以前在CBL的上方的空气,因此混合,不再是动荡的。这个残留层可能再次成为动荡的第二天当太阳能加热表面的简历。

这种昼夜循环是强烈依赖于表面特征。裸露的干燥表面,例如,将成为温暖潮湿或植被表面。因此,动荡可能会更强,边界层更深光秃秃的,干燥的表面。通过植被的水分很可能会导致云形成较低的高度比光秃秃的,干燥的表面。如果这些发生在一个足够大的区域差异,平均温度可能有显著差异,湿度和阴沉。水平表面的变化能引起相应的水平在ABL可变性。例如,在明确

在表层,占大约10%的ABL, turbluence增加了表面特征如山丘。

夏天的天,积云经常观察到形式优先在陆地上,但是附近的湖可能依然清晰。同样,在山区,云通常优先形式在山脊和高原升高,而不是相邻的山谷。

海洋,昼夜循环截然不同,通常不明显。因为海洋比陆地更大的有效热容和热导率,它的表面温度是几乎每天太阳周期摄动的。因此,ABL深度,一般约一公里,变量要少得多。此外,在白天边界层空气直接被太阳加热,通常超过补偿长波红外()换能器辐射冷却。在这种情况下,边界层可能更稳定(对流)在白天比晚上。

ABL内相对湿度达到100%时,云的形成,可以对其后续发展产生明显影响通过代动荡的释放凝结潜热、材质的地球表面和降水。由此产生的云可能局限于ABL,或者他们可能渗透整个环境,取决于的变化温度(密度ABL顶部)与高度;大量增加的温度在抑制云渗透和结果在层状或层状云,而渗透导致积云状的或vertically-developed蓬松的云。积云对流是ABL空中运输的一个重要机制,因此,微量成分在表面,发布到上覆气氛,因此通风ABL。

参见:大气吸收太阳辐射;积云云层;云,层云;对流;埃克曼层;红外辐射。

参考书目。jr Garratt,大气边界层(剑桥大学出版社,1992);J.C. Kaimal和J.J. Finnigan大气边界层流动:其结构和测量(牛津大学出版社,1994年);兹比格涅夫•Sorbjan,大气边界层的结构(Prentice Hall, 1989);R.B.横梁,介绍边界层气象学(Kluwer学术出版社,1988)。

唐纳德·h·Lenschow国家大气研究中心

继续阅读:大气的组成部分模型

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