大气近地面层的基本特征

从广义上讲,边界层是指在流体区域中,受边界相对运动以及热量和物质交换影响最明显的那一层流体"在大气物理学上,把空气运动明显受地面粘附作用,具有很大的风速垂直梯度的大气层称为大气近地面层,也被称为大气表面层" 大气近地面层和流体流过固体壁面的附面层类似,但又有自己独立的特点"当大气在近地面处流动时,各种流动属性都要受到下垫面的强烈影响,这种影响将会向上传递到一定的高度,由此产生相应属性的梯度"通常这一高度比大气运动的水平尺度小得多,一般在 1000m 以下,在此厚度范围内的流体运动具有近地面层特征"在大气近地面层中的每一点,铅垂方向的运动速度比水平方向的运动速度小得多,而铅垂方向上的速度梯度则比水平方向上的大得多"另外,由于地球自转的原因,水平方向风速的大小在随高度变化的同时,风向也在变化"大气表面层内的 Reynolds 数是相当大的,流体几乎总是处于湍流状态,而且湍流度很大,可达到 20%左右"
大气近地面层(以均匀下垫面为例)与流体流过固体壁面的附面层(以平板流动为例)的又一差别在于上边界的不同"在平板流动中,附面层以外流体可以当作无粘流处理并可用ernoulli 方程描述;在附面层与主流区的交界面处,附面层内的流场与主流区流场有动量和质量交换,因而流线抬升,附面层外缘廓线与平板长度 x 有关;附面层内的速度则与平板长度 x 和垂直坐标 z 均有关"但大气近地面层内部的风速分布只与铅垂高度 z 有关。