動力氣象-第八章(大氣邊界層3)

第八章大氣行星邊界層

——主要內(nèi)容§1大氣邊界層及其特征§2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★§4埃克曼層中風隨高度的變化規(guī)律★§5二級環(huán)流、?？寺槲托D減弱★物理分析§5二級環(huán)流、?？寺槲托D減弱

在Ekman中，三力平衡下，風要穿越等壓線，從高壓指向低壓。

在邊界層中，三力平衡下，風要穿越等壓線，從高壓指向低壓，則氣旋區(qū)產(chǎn)生輻合上升，反氣旋區(qū)產(chǎn)生輻散下沉。這種邊界層頂?shù)拇怪边\動，稱為Ekman抽吸。

相應的，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。如果將水平面上的氣旋、反氣旋，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，為二級環(huán)流。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。(1)從角動量的角度看：結果：由自由大氣向邊界層輸送角動量。

自由大氣角動量減少，大氣旋轉減弱邊界層角動量增加，以補償耗散。

（2）從渦度角度看：注意：自由大氣中忽略耗散，是通過與邊界層發(fā)生相互作用使得大氣旋轉減弱，耗散發(fā)生在邊界層。Ekman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量，是由v分量引起的。——考察由高壓向低壓輸送情況。

由于穿越等壓線從高壓向低壓輸送質量，在氣旋（低壓）產(chǎn)生輻合上升，反氣旋（高壓）產(chǎn)生耗散下沉，在邊界層頂產(chǎn)生垂直運動。由輻合量得到相應的垂直速度。

上該式表明，埃克曼層頂?shù)拇怪彼俣葁(De)與地轉風渦度g成正比。對于典型的天氣尺度系統(tǒng)來說，g～10-5m/s，f～10-4/s，De～103m，w≈0.510-2ms-1，這與自由大氣本身的垂直速度具有相同的量級。

準地轉渦旋流場中，由于湍流摩擦效應將會在?？寺鼘又性斐蓮娖鹊你U直環(huán)流，它疊加在準地轉水平環(huán)流（地轉渦旋的切向環(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動，所以產(chǎn)生此二級環(huán)流的機制稱為?？寺槲６壄h(huán)流示意圖大氣旋轉減弱名次解釋

1.行星邊界層(PBL)2.?？寺?Ekman)層3.上部邊界層4.雷諾應力5.普朗特(Prandtl)混合長6.湍流摩擦力7.風的對數(shù)分律8.風的指數(shù)分布律9.?？寺菥€10.?？寺叨?1.梯度風高度12.?？寺槲?3.一級環(huán)流14.二級環(huán)流15.旋轉減弱16.?？寺槲?7.摩擦速度。

隨高度（Z），風速C逐漸增大，當?shù)侥骋桓叨葧r，風與地轉風的大小相等，令該高度為Zc：Zc

略小于/2hE，為?？寺鼧烁叩?.46倍。作業(yè)題1：

偏角隨高度逐漸，風向自地面向上朝右旋轉，到某一高度與地轉風方向趨于一致。其中第一次與地轉風方向一