大气边界层概述

大气边界层物理学（2009-5-27）

（考试方式：课堂开卷，考试时间：2.5小时）

一、 简要解释下列名词（32分）

1、粗糙度 2、雷诺方程 3、湍流能量级串 4、稳定边界层

二、 判断题（28分）

1、近地层湍流的强度在白天和晚上哪个更剧烈些？

2、写出下图中A、B、C、D和E四个区间边界层的稳定性

三、 计算题（20分）

已知下列数据是在均匀平坦的草原上冬季的某个大风天气条件下测得的：下垫面粗糙度zo为0.01米，10m高度处的平均风速U＝10m/s，求摩擦速度u*；；又假定下列数据是在第二年的同一季节某个晴天的早晨在同一观测地点测得的，但是u*=0.2m/s，估算z=30m高度处的平均风速。

四、论述题（20分）

简要叙述通过学习“大气边界层物理”课程，对于你所熟悉的某个研究领域有哪些帮助作用？

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大气边界层

气流过地面时，地面上各种粗糙元，如草、沙粒、庄稼、树木、房屋等会使大气流动受阻，这种摩擦阻力由于大气中的湍流而向上传递，并随高度的增加而逐渐减弱，达到某一高度后便可忽略。此高度称为大气边界层厚度，它随气象条件、地形、地面粗糙度而变化，大致为300～1000米。

直接受到地表作用力影响的大气对流层，有时也称为行星边界层。这些作用力包括摩擦，加热，蒸发，蒸散和地形影响等。大气边界层的厚度随时间空间变化而有明显差异，可由数百公尺至一，二公里。大气边界层之上成为自由大气。

白天地表受到太阳照射加热，温度升高；晚上则因为地表长波辐射冷却作用而降温，使得接近地表的气温呈现日变化，这种日变化是陆地上大气边界层的主要特征。由于海水的比热大，以及海洋上层海水强烈的混合作用，使得海水表面温度日变化不明显，所以海上大气边界层的日变化也不明显。气温日变化的振幅大小随着高度的增加而很快减小，自由大气的日变化则很小。乱流旺盛也是大气边界层的重要特性。无论在陆上或海上，在高压区域因为气流沉降，边界层厚度通常比在低压区小。

在陆上高压区域，大气边界层的日夜演化，结构常比较清晰，主要包括混合层，剩余层和稳定边界层。日出后地表受热，热空气上升，冷空气下降，对流逐渐加强，各种性质近乎均匀的混合，古称之为混合层，也称为对流边界层。在混合层内为不稳定的大气，其乱流主要有对流作用主导。日出后混合层很快发展，到了下午一，二点左右，混合层高度达到最高。日落后，地表受热停止，使得混合层内的乱流强度减弱，原来为不稳定的大气，逐渐转为中性的大气；此为白天混合层的残余，故称之为剩余层。日落后，地表以长波辐射冷却，逐渐降温，在地表形成逆温，发展成为夜间地面逆温层，这一层大气非常稳定，故称之为稳定边界层，层内的乱流强度很微弱。在稳定边界层之上即为剩余层。夜间地面的风通常是微风或静风，但在稳定边界层顶常会出现很强的风速，这种现象称为夜间低层喷流。

（结构动力试验论文）

大气边界层模拟风洞研究综述

Performance of Simulation of Atmospheric Boundary

Layer in Wind Tunnels

学生姓名：

指导教师：

学 院：

专业班级：

大气边界层模拟风洞研究综述

姓名

（ 大学 学院）

摘要：本文介绍了大气边界层风洞的发展过程和模拟方法。大气边界层的模拟方法主要有主动模拟方法和被动模拟方法，前者包括多风扇风洞技术与振动尖塔技术，后者采用尖劈、粗糙元、挡板、格栅等装置进行模拟。被动模拟技术较为经济、简便，所以得到了广泛采用。

关键词：风洞；大气边界层；主动模拟；被动模拟.

Performance of Simulation of Atmospheric Boundary Layer

in Wind Tunnels

NAME

(University)

Abstract：In this paper , the simulation of atmospheric boundary layer are introducted from the

history of the development and the methods of the technology. The methods of atmospheric

boundary layer simulation contain active simulation and passive simulation. The active simulation

mainly include multiple fans wind tunnel technology and vibratile spire technology. The

第27

卷第2

期

2017

年4

月中国环境管理干部学院学报

JOURNAL OF EMCCVol.27 No.2

Apr. 2017

10.13358/

j.

issn.1008-813

x.2017.02.06

大气边界层的国内外研究现状

宁志远，刘厚凤 *

(山东师范大学地理与环境学院，山东济南250014)

摘要：对大气边界层的理论基础、确定方法、特征要素、影响因子、时空变化特征以及与

大气污染间的相互作用进行总结，得出以下结论：大气边界层的理论体系较为完备，但理论

研究进展缓慢；廓线测量是确定大气边界层结构最常用的方法，雷达、数值模拟等方法仍需

对比验证；大气边界层日变化、季节变化特征十分明显，海陆间边界层变化特征差异明显，

戈壁、高原等地区的大气边界层特征较为特殊；大气边界层结构，尤其是风速风向、混合层

高度对大气环境有明显的影响；大气污染对大气边界层的影响和区域大气边界层特征的研究

较少，可作为今后的研究重点。

关键词：大气边界层；理论基础；确定方法；时空变化特征；大气边界层结构与大气污染的

相互影响

中图分类号：

X51 文献标识码

：A 文章编号：1008-813

X(2017)02-0022-04

Domestic and Abroad Research Status of Atmospheric Boundary Layer

Ning

Zhiyuan

, Liu

Houfeng

*

(Institute of Geography and Environment，Shandong Normal University，Jinan Shandong 250014,

China)

Abstract：

Summarized

the

theoretical

basis,

methods

to

determine,

characteristic

factors,

impact

factors,

space-time

characteristics