chapter緒論解析實(shí)用PPT課件

1、考查和考試：考查和考試： 平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī): 考勤、課后作業(yè)、課堂討論等考勤、課后作業(yè)、課堂討論等 期末考試期末考試: 閉卷考試閉卷考試學(xué)習(xí)任務(wù)和要求：學(xué)習(xí)任務(wù)和要求： 本課程是大氣科學(xué)各專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課本課程是大氣科學(xué)各專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課基本概念基本概念、基本理論基本理論、 基本方法基本方法要求掌握。要求掌握。 第1頁(yè)/共14頁(yè)參考書目參考書目: :盛裴軒等，大氣物理學(xué)，北京大學(xué)出版社，2003 Stull, R. B. ，邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論，氣象出版社, 1991J. R. Garratt，The atmospheric boundary layer. Cambridge Univ

2、ersity Press, 1992趙鳴，大氣邊界層動(dòng)力學(xué) 高等教育出版社，2006Garratt, J. R., 1992: The atmospheric boundary layer, Cambridge University Press, Trumpington St., Cambridge CB2 1 RP Kaimal, J.C. And J.J. Finnigan, 1994: Atmospheric Boundary Layer Flows. Oxford University Press. Panofsky，H.A. and J.A.Dutton,1984：Atmospher

3、ic turbulence. A Wiley-Interscience Pub. 第2頁(yè)/共14頁(yè)第一章 緒論Introduction第3頁(yè)/共14頁(yè)大氣邊界層定義：大氣邊界層定義： （1 1）由于各種尺度（空間和時(shí)間）湍流渦旋的動(dòng)力和熱）由于各種尺度（空間和時(shí)間）湍流渦旋的動(dòng)力和熱力過程，將下墊面的強(qiáng)迫作用（動(dòng)量、熱量和水汽、二氧化碳力過程，將下墊面的強(qiáng)迫作用（動(dòng)量、熱量和水汽、二氧化碳等物質(zhì)）影響擴(kuò)散所及高度的大氣層。等物質(zhì)）影響擴(kuò)散所及高度的大氣層。 （2 2）存在各種尺度的湍流，湍流輸送起著重要作用并導(dǎo)）存在各種尺度的湍流，湍流輸送起著重要作用并導(dǎo)致氣象要素具有明顯的日變化特征的低層大

4、氣層。致氣象要素具有明顯的日變化特征的低層大氣層。 由于大氣的氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力對(duì)大氣邊界層運(yùn)動(dòng)由于大氣的氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力對(duì)大氣邊界層運(yùn)動(dòng)特征的作用是行星低層大氣和海洋表層流動(dòng)的共性，大氣邊界特征的作用是行星低層大氣和海洋表層流動(dòng)的共性，大氣邊界層也稱為行星邊界層。層也稱為行星邊界層。大氣邊界層大氣邊界層(ABL):Atmospheric boundary layer(ABL):Atmospheric boundary layer行星邊界層行星邊界層(PBL):Planetary boundary layer(PBL):Planetary boundary layer第4頁(yè)/共14頁(yè)

5、邊界層氣象的研究對(duì)象邊界層氣象的研究對(duì)象10 20 km12 km對(duì)流層對(duì)流層平流層平流層邊界層邊界層大氣邊界層是指離地面12公里范圍的大氣層最底下的一個(gè)薄層，它是大氣與下墊面直接發(fā)生相互作用的層次，它與天氣、氣候以及大氣環(huán)境研究有非常密切的關(guān)系。大氣邊界層物理主要是研究發(fā)生在大氣邊界層中的各種動(dòng)力和物理過程。第5頁(yè)/共14頁(yè)大氣邊界層研究方法大氣邊界層研究方法數(shù)值模擬（促進(jìn)、指導(dǎo)、支持和補(bǔ)充）數(shù)值模擬（促進(jìn)、指導(dǎo)、支持和補(bǔ)充）野外實(shí)驗(yàn)觀測(cè)（直接獲取資料，基礎(chǔ)）野外實(shí)驗(yàn)觀測(cè)（直接獲取資料，基礎(chǔ)）理論研究（純理論、經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)）理論研究（純理論、經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)室物理模擬（可控制、可重復(fù)等）實(shí)

6、驗(yàn)室物理模擬（可控制、可重復(fù)等）第6頁(yè)/共14頁(yè)大氣邊界層物理是大氣物理學(xué)的一個(gè)重要分支，與天氣、氣候、生態(tài)環(huán)境以及人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。整個(gè)大氣的基本能源是太陽(yáng)輻射，而太陽(yáng)輻射的大部分是穿過大氣后再被地面吸收，然后通過邊界層湍流輸送給大氣氣團(tuán)實(shí)際上就是全球不同地區(qū)與下墊面平衡的邊界層霜、露、霧等天氣現(xiàn)象都發(fā)生在邊界層中污染物大部分被阻擋在邊界層中作物在邊界層中生長(zhǎng)，花粉在邊界層中輸送和擴(kuò)散到達(dá)自由大氣的全部水汽，都是依靠邊界層輸送上去的云中的凝結(jié)核也是通過邊界層輸送上去的雷暴和颶風(fēng)的發(fā)展要依靠邊界層輸送的水汽大約50的大氣動(dòng)能被耗散在邊界層中海上大氣邊界層風(fēng)切變是海洋的主要能源之一 大氣邊

7、界層研究的重要性大氣邊界層研究的重要性第7頁(yè)/共14頁(yè)大氣邊界層研究的意義大氣邊界層研究的意義 大氣邊界層演變和發(fā)展是全球氣候環(huán)境變化的重要因素之一 大氣邊界層是地表和大氣之間能量和物質(zhì)交換必經(jīng)的氣層 大氣邊界層是人類活動(dòng)和各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成的主要層次 大氣邊界層的科學(xué)進(jìn)展是氣象學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志之一近年來，大氣邊界層研究已經(jīng)成為大氣科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一.如：HAPEXMOBILHY、FIFE、TOGA，BOREAS等重大國(guó)際性大氣科學(xué)研究。我國(guó)已完成HEIFE、HUBEX、IMGRASS、青藏高原實(shí)驗(yàn)等邊界層綜合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。第8頁(yè)/共14頁(yè)Related areas of studyIf you a

8、re interested in any of the following areas of Meteorology, a fundamental understandingof the boundary layer is a must:空氣污染氣象學(xué)1. 污染物輸送和擴(kuò)散2. 污染物在陸地和水表的沉降3.區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào) 4工業(yè)生產(chǎn)-煙囪排放擴(kuò)散中尺度氣象1. 城市邊界層及熱島效應(yīng)2. 排水和地表徑流3. 沙塵暴、雷暴、龍卷4. 鋒面和氣旋農(nóng)業(yè)森林氣象1. 森林地表溫度和小氣候預(yù)報(bào)2. 土壤溫濕度3. 蒸散和水分收支4. 植被冠層能量平衡城市規(guī)劃管理1. 霧的預(yù)報(bào)和預(yù)警2. 制冷制熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

9、3. 建筑物周圍流場(chǎng)分布4. 道路溫度/結(jié)冰預(yù)報(bào)Boundary Layer Meteorology第9頁(yè)/共14頁(yè)邊界層氣象學(xué)的應(yīng)用邊界層氣象學(xué)的應(yīng)用- - 天氣、氣候天氣、氣候 p 天氣預(yù)報(bào)天氣預(yù)報(bào)（強(qiáng)天氣過程：暴雨、沙塵暴、大風(fēng)等）（強(qiáng)天氣過程：暴雨、沙塵暴、大風(fēng)等）p 氣候預(yù)測(cè)氣候預(yù)測(cè)、邊界層氣候、邊界層氣候 - - 大氣環(huán)境大氣環(huán)境 污染預(yù)報(bào)與控制、城市規(guī)劃、核事故、反恐防恐污染預(yù)報(bào)與控制、城市規(guī)劃、核事故、反恐防恐人類健康、生態(tài)保護(hù)人類健康、生態(tài)保護(hù) - - 工程氣象工程氣象 航空航天、水陸交通、室內(nèi)環(huán)境、風(fēng)能利用、航空航天、水陸交通、室內(nèi)環(huán)境、風(fēng)能利用、 大型建筑、防風(fēng)林、化工設(shè)

10、備、大型電站大型建筑、防風(fēng)林、化工設(shè)備、大型電站 第10頁(yè)/共14頁(yè)大氣邊界層研究發(fā)展進(jìn)程大氣邊界層研究發(fā)展進(jìn)程（與大氣科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步同步）平均量測(cè)量平均量測(cè)量快速漲落測(cè)量快速漲落測(cè)量遙感測(cè)量遙感測(cè)量地表近地層地表近地層整個(gè)邊界層整個(gè)邊界層單一專題單一專題多目標(biāo)、區(qū)域化多目標(biāo)、區(qū)域化多學(xué)科綜合多學(xué)科綜合全方位、多項(xiàng)目全方位、多項(xiàng)目感應(yīng)探頭、觀測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)取樣的系統(tǒng)研究開發(fā)、實(shí)驗(yàn)方案感應(yīng)探頭、觀測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)取樣的系統(tǒng)研究開發(fā)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析中的概念和理論研究貫穿不同的發(fā)展階段設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析中的概念和理論研究貫穿不同的發(fā)展階段對(duì)流層對(duì)流層第11頁(yè)/共14頁(yè) 實(shí)驗(yàn) - 湍流脈動(dòng)測(cè)量、遙

11、感探測(cè)、飛行觀測(cè)、 地-氣交換和邊界層頂交換的測(cè)量、保守物濃度 湍流通量測(cè)量、資料整理和資料共享 云頂邊界層 理論 - 全邊界層和區(qū)域邊界層理論 特殊天氣條件下的邊界層理論 湍流擬序結(jié)構(gòu)、間歇性以及湍流的非線性動(dòng)力學(xué) 分析、處理大氣湍流信號(hào)的新方法 模式 - 高分辨率邊界層預(yù)報(bào)模式 （可用于天氣、氣候和大氣污染研究）大氣邊界層研究未來發(fā)展的幾個(gè)重點(diǎn)第12頁(yè)/共14頁(yè)本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容0101、大氣邊界層定義，大氣邊界層特征、大氣邊界層定義，大氣邊界層特征0202、大氣湍流基礎(chǔ)、大氣湍流基礎(chǔ)0303、大氣邊界層運(yùn)動(dòng)的基本方程組、大氣邊界層運(yùn)動(dòng)的基本方程組0404、近地面層廓線規(guī)律、近地面層廓線規(guī)律、M-OM-O相似理論相似理論0505、不穩(wěn)定邊界層（對(duì)流邊界層）、不穩(wěn)定邊界層（對(duì)流邊界層）0606、穩(wěn)定邊界層（夜間邊界層）、穩(wěn)定邊界層（夜間邊界層）070