chapter绪论解析实用PPT课件

1、考查和考试：考查和考试： 平时成绩平时成绩: 考勤、课后作业、课堂讨论等考勤、课后作业、课堂讨论等 期末考试期末考试: 闭卷考试闭卷考试学习任务和要求：学习任务和要求： 本课程是大气科学各专业本科生的专业基础课本课程是大气科学各专业本科生的专业基础课基本概念基本概念、基本理论基本理论、 基本方法基本方法要求掌握。要求掌握。 第1页/共14页参考书目参考书目: :盛裴轩等，大气物理学，北京大学出版社，2003 Stull, R. B. ，边界层气象学导论，气象出版社, 1991J. R. Garratt，The atmospheric boundary layer. Cambridge Univ

2、ersity Press, 1992赵鸣，大气边界层动力学 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页/共14页第一章 绪论Introduction第3页/共14页大气边界层定义：大气边界层定义： （1 1）由于各种尺度（空间和时间）湍流涡旋的动力和热）由于各种尺度（空间和时间）湍流涡旋的动力和热力过程，将下垫面的强迫作用（动量、热量和水汽、二氧化碳力过程，将下垫面的强迫作用（动量、热量和水汽、二氧化碳等物质）影响扩散所及高度的大气层。等物质）影响扩散所及高度的大气层。 （2 2）存在各种尺度的湍流，湍流输送起着重要作用并导）存在各种尺度的湍流，湍流输送起着重要作用并导致气象要素具有明显的日变化特征的低层大

4、气层。致气象要素具有明显的日变化特征的低层大气层。 由于大气的气压梯度力和地转偏向力对大气边界层运动由于大气的气压梯度力和地转偏向力对大气边界层运动特征的作用是行星低层大气和海洋表层流动的共性，大气边界特征的作用是行星低层大气和海洋表层流动的共性，大气边界层也称为行星边界层。层也称为行星边界层。大气边界层大气边界层(ABL):Atmospheric boundary layer(ABL):Atmospheric boundary layer行星边界层行星边界层(PBL):Planetary boundary layer(PBL):Planetary boundary layer第4页/共14页

5、边界层气象的研究对象边界层气象的研究对象10 20 km12 km对流层对流层平流层平流层边界层边界层大气边界层是指离地面12公里范围的大气层最底下的一个薄层，它是大气与下垫面直接发生相互作用的层次，它与天气、气候以及大气环境研究有非常密切的关系。大气边界层物理主要是研究发生在大气边界层中的各种动力和物理过程。第5页/共14页大气边界层研究方法大气边界层研究方法数值模拟（促进、指导、支持和补充）数值模拟（促进、指导、支持和补充）野外实验观测（直接获取资料，基础）野外实验观测（直接获取资料，基础）理论研究（纯理论、经验、半经验）理论研究（纯理论、经验、半经验）实验室物理模拟（可控制、可重复等）实

6、验室物理模拟（可控制、可重复等）第6页/共14页大气边界层物理是大气物理学的一个重要分支，与天气、气候、生态环境以及人类的生产生活密切相关。整个大气的基本能源是太阳辐射，而太阳辐射的大部分是穿过大气后再被地面吸收，然后通过边界层湍流输送给大气气团实际上就是全球不同地区与下垫面平衡的边界层霜、露、雾等天气现象都发生在边界层中污染物大部分被阻挡在边界层中作物在边界层中生长，花粉在边界层中输送和扩散到达自由大气的全部水汽，都是依靠边界层输送上去的云中的凝结核也是通过边界层输送上去的雷暴和飓风的发展要依靠边界层输送的水汽大约50的大气动能被耗散在边界层中海上大气边界层风切变是海洋的主要能源之一 大气边

7、界层研究的重要性大气边界层研究的重要性第7页/共14页大气边界层研究的意义大气边界层研究的意义 大气边界层演变和发展是全球气候环境变化的重要因素之一 大气边界层是地表和大气之间能量和物质交换必经的气层 大气边界层是人类活动和各项生态环境构成的主要层次 大气边界层的科学进展是气象学发展的重要标志之一近年来，大气边界层研究已经成为大气科学研究的热点之一.如：HAPEXMOBILHY、FIFE、TOGA，BOREAS等重大国际性大气科学研究。我国已完成HEIFE、HUBEX、IMGRASS、青藏高原实验等边界层综合观测实验。第8页/共14页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:空气污染气象学1. 污染物输送和扩散2. 污染物在陆地和水表的沉降3.区域空气质量预报 4工业生产-烟囱排放扩散中尺度气象1. 城市边界层及热岛效应2. 排水和地表径流3. 沙尘暴、雷暴、龙卷4. 锋面和气旋农业森林气象1. 森林地表温度和小气候预报2. 土壤温湿度3. 蒸散和水分收支4. 植被冠层能量平衡城市规划管理1. 雾的预报和预警2. 制冷制热系统设计

9、3. 建筑物周围流场分布4. 道路温度/结冰预报Boundary Layer Meteorology第9页/共14页边界层气象学的应用边界层气象学的应用- - 天气、气候天气、气候 p 天气预报天气预报（强天气过程：暴雨、沙尘暴、大风等）（强天气过程：暴雨、沙尘暴、大风等）p 气候预测气候预测、边界层气候、边界层气候 - - 大气环境大气环境 污染预报与控制、城市规划、核事故、反恐防恐污染预报与控制、城市规划、核事故、反恐防恐人类健康、生态保护人类健康、生态保护 - - 工程气象工程气象 航空航天、水陆交通、室内环境、风能利用、航空航天、水陆交通、室内环境、风能利用、 大型建筑、防风林、化工设

10、备、大型电站大型建筑、防风林、化工设备、大型电站 第10页/共14页大气边界层研究发展进程大气边界层研究发展进程（与大气科学的发展和技术进步同步）平均量测量平均量测量快速涨落测量快速涨落测量遥感测量遥感测量地表近地层地表近地层整个边界层整个边界层单一专题单一专题多目标、区域化多目标、区域化多学科综合多学科综合全方位、多项目全方位、多项目感应探头、观测平台、数据取样的系统研究开发、实验方案感应探头、观测平台、数据取样的系统研究开发、实验方案设计、数据分析中的概念和理论研究贯穿不同的发展阶段设计、数据分析中的概念和理论研究贯穿不同的发展阶段对流层对流层第11页/共14页 实验 - 湍流脉动测量、遥

11、感探测、飞行观测、 地-气交换和边界层顶交换的测量、保守物浓度 湍流通量测量、资料整理和资料共享 云顶边界层 理论 - 全边界层和区域边界层理论 特殊天气条件下的边界层理论 湍流拟序结构、间歇性以及湍流的非线性动力学 分析、处理大气湍流信号的新方法 模式 - 高分辨率边界层预报模式 （可用于天气、气候和大气污染研究）大气边界层研究未来发展的几个重点第12页/共14页本课程主要内容本课程主要内容0101、大气边界层定义，大气边界层特征、大气边界层定义，大气边界层特征0202、大气湍流基础、大气湍流基础0303、大气边界层运动的基本方程组、大气边界层运动的基本方程组0404、近地面层廓线规律、近地面层廓线规律、M-OM-O相似理论相似理论0505、不稳定边界层（对流边界层）、不稳定边界层（对流边界层）0606、稳定边界层（夜间边界层）、稳定边界层（夜间边界层）070