大氣邊界層 atmospheric boundary layer

1、大氣邊界層atmosphericboundarylayer，指靠近地球表面、受地面摩擦阻力影響的大氣層區(qū)域。大氣分層示意圖大氣流過地面時(shí)，地面上各種粗糙元，如草、沙粒、莊稼、樹木、房屋等會(huì)使大氣流動(dòng)受阻，這種摩擦阻力由于大氣中的湍流而向上傳遞，并隨高度的增加而逐漸減弱，達(dá)到某一高度后便可忽略。此高度稱為大氣邊界層厚度，它隨氣象條件、地形、地面粗糙度而變化，大致為300～1000米。編輯本段特征特征從流體力學(xué)角度看，大氣邊界層氣流（即風(fēng)）

2、有如下特點(diǎn)：①風(fēng)速隨高度增加而逐漸增大風(fēng)速在地表面等于零，而在大氣邊界層外緣同地轉(zhuǎn)風(fēng)速度相等。變化規(guī)律可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：公式式中v∞為離地面z處的風(fēng)速v∞r(nóng)為在離地面zr處某參考點(diǎn)的風(fēng)速；n為冪指數(shù)隨地面粗糙度和溫度而變化。加拿大的A.G.達(dá)文波特根據(jù)現(xiàn)場觀測，得出幾種典型地貌的n值（見表）。②湍流結(jié)構(gòu)在大氣邊界層中，大氣流動(dòng)具有很大的隨機(jī)性，基本上是湍流流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)可用湍流度、雷諾應(yīng)力、相關(guān)函數(shù)和頻譜（見湍流理論）等表示，氣流湍流度可

3、達(dá)20％。③風(fēng)向偏轉(zhuǎn)在北半球，由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力（見相對運(yùn)動(dòng)）的作用，順著地面附近風(fēng)的方向看，風(fēng)向隨高度的增加逐漸向右偏轉(zhuǎn)（見圖），而在大氣邊界層外緣，與地轉(zhuǎn)風(fēng)的風(fēng)向相合，風(fēng)向偏轉(zhuǎn)角度因時(shí)因地而異，一般可達(dá)幾十度以上。④溫度層結(jié)（即溫度梯度）大氣溫度T隨高度z而變化，其變化率直接影響大氣的穩(wěn)定度。當(dāng)（г為大氣干絕熱遞減率，約為每一百米0.98℃）大氣呈穩(wěn)定的狀態(tài)；特別是當(dāng)時(shí)，穩(wěn)定度特別大稱為逆溫狀態(tài)；當(dāng)時(shí)大氣呈中性穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)

4、時(shí)，大氣呈不穩(wěn)定狀態(tài)。大氣湍流最常發(fā)生的3個(gè)區(qū)域是：大氣底層的邊界層內(nèi)，對流云的云體內(nèi)部，大氣對流層上部的西風(fēng)急流區(qū)內(nèi)。大氣湍流的發(fā)生需具備一定的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)條件：其動(dòng)力學(xué)條件是空氣層中具有明顯的風(fēng)速切變；熱力學(xué)條件是空氣層必須具有一定的不穩(wěn)定性，其中最有利的條件是上層空氣溫度低于下層的對流條件。大氣湍流運(yùn)動(dòng)是由各種尺度的旋渦連續(xù)分布疊加而成，旋渦尺度大的可達(dá)數(shù)百米，最小尺度約為1毫米。即使最小的旋渦尺度也比分子大得多，因此湍流運(yùn)動(dòng)與

5、分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)很有大區(qū)別。大氣湍流運(yùn)動(dòng)中伴隨著能量、動(dòng)量、物質(zhì)的傳遞和交換，傳遞速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層流，因此湍流中的擴(kuò)散、剪切應(yīng)力和能量傳遞也大得多。所以，大氣湍流對飛行器的飛行性能、結(jié)構(gòu)載荷、飛行安全的影響很大。飛機(jī)在大氣湍流中飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生顛簸，影響乘員的舒適程度，還會(huì)造成飛機(jī)的疲勞損傷。因湍流引發(fā)的飛行事故時(shí)有發(fā)生，但通過現(xiàn)代技術(shù)可以有效避開強(qiáng)湍流或盡量降低危害程度。飛行人員應(yīng)積極利用氣象預(yù)報(bào)等資料，避開湍流航線；旅客要養(yǎng)成全程系好安全