大氣邊界層物理

大氣邊界層物理物理學(xué)術(shù)語01研究內(nèi)容理論發(fā)展需要用到的儀器研究意義主要區(qū)別目錄0305020406基本信息大氣邊界層物理是研究在大氣邊界層中所發(fā)生的物理現(xiàn)象的學(xué)科，是大氣物理學(xué)的一個分支。大氣邊界層中氣象要素分布有如下特點：近地面層的氣溫、水汽含量和風(fēng)速的鉛直梯度特別大；風(fēng)速隨高度變化有其特殊規(guī)律（見大氣近地面層，?？寺菥€）。邊界層的大氣，既要受氣壓梯度力、科里奧利力和湍流粘性力的作用（見大氣中的作用力），又要受地面的摩擦作用和由輻射引起的溫度分布不均勻性的影響，運動非常復(fù)雜，具有渦旋和可壓縮流體的湍流特征，故大氣邊界層物理是建立在大氣湍流理論基礎(chǔ)上的。研究內(nèi)容研究內(nèi)容大氣邊界層物理的主要內(nèi)容包括：大氣邊界層中的湍流特征；邊界層中各物理量（如動量、熱量、水汽等）的湍流輸送，氣溶膠、二氧化硫、二氧化碳等的湍流擴散（見大氣湍流擴散、空氣污染氣象學(xué)）；大氣邊界層內(nèi)風(fēng)、溫度、濕度等氣象要素的鉛直分布及隨時間的變化規(guī)律，大氣邊界層的輻射傳輸，以及蒸發(fā)、霜、露諸天氣現(xiàn)象等問題。需要用到的儀器需要用到的儀器大氣邊界層物理需要一些非常規(guī)的氣象儀器來進行探測，如氣象塔上安裝的能測量溫度、風(fēng)速等大氣特性的儀器，能對這些氣象要素的脈動（頻率約每秒幾周至每分幾周）快速響應(yīng)的儀器和直接測量邊界層通量的儀器等。在遙感儀器中，聲雷達（見聲波大氣遙感）和調(diào)頻連續(xù)波雷達都是探測邊界層的有力工具

。理論理論當(dāng)流體在大雷諾數(shù)條件下運動時，可把流體的粘性和導(dǎo)熱看成集中作用在流體表面的薄層即邊界層內(nèi)。根據(jù)邊界層的這一特點，簡化納維－斯托克斯方程，并加以求解，即可得到阻力和傳熱規(guī)律。這一理論是德國物理學(xué)家L·普朗特于1904年提出的，它為粘性不可壓縮流體動力學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。大氣邊界層分析圖流體在大雷諾數(shù)下作繞流流動時，在離固體壁面較遠處，粘性力比慣性力小得多，可以忽略；但在固體壁面附近的薄層中，粘性力的影響則不能忽略，沿壁面法線方向存在相當(dāng)大的速度梯度，這一薄層叫做邊界層。流體的雷諾數(shù)越大，邊界層越薄。從邊界層內(nèi)的流動過渡到外部流動是漸變的，所以邊界層的厚度δ通常定義為從物面到約等于99%的外部流動速度處的垂直距離，它隨著離物體前緣的距離增加而增大。根據(jù)雷諾數(shù)的大小，邊界層內(nèi)的流動有層流與湍流兩種形態(tài)。一般上游為層流邊界層，下游從某處以后轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎疫吔鐚蛹眲≡龊?。層流和湍流之間有一過渡區(qū)。當(dāng)所繞流的物體被加熱（或冷卻）或高速氣流掠過物體時，在鄰近物面的薄層區(qū)域有很大的溫度梯度，這一薄層稱為熱邊界層。大雷諾數(shù)的繞流流動可分為兩個區(qū)，即很薄的一層邊界層區(qū)和邊界層以外的無粘性流動區(qū)。因此，處理粘性流體的方法是：略去粘性和熱傳導(dǎo)，把流場計算出來，然后用這樣的初次近似求得的物體表面上的壓力、速度和溫度分布作為邊界層外邊界條件去解這一物體的邊界層問題。算出邊界層就可算出物面上的阻力和傳熱量。如此的迭代程序使問題求解大為簡化，這就是經(jīng)典的普朗特邊界層理論的基本方法。研究意義研究意義地面的摩擦作用，使大氣邊界層成為大尺度運動動能的匯（見大氣角動量平衡）。地面的物理量，如動量、熱量、水汽含量等，向自由大氣的輸送，都要通過邊界層，從這種意義上講，大氣邊界層又是向大氣輸送物理量的源。因此關(guān)于大氣邊界層的物理知識，對大尺度天氣過程的演變、長期預(yù)報和氣候理論等問題的研究，都是很重要的。發(fā)展發(fā)展大氣邊界層物理的發(fā)展，還與國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的發(fā)展密切相關(guān)。例如：高建筑物（如高樓、橋梁、高塔等）的風(fēng)負荷（見建筑氣象學(xué)）；波在湍流大氣中的傳播；對于原子、化學(xué)、細菌戰(zhàn)爭的防護，導(dǎo)彈、火箭運行的氣象保障，新式兵器現(xiàn)場使用的氣象條件的研究（見軍事氣象學(xué)）；隨著工業(yè)發(fā)展而出現(xiàn)的大氣污染，大氣公害問題的研究；農(nóng)作物生長的氣象條件的研究（見農(nóng)業(yè)氣象學(xué)）等；都與大氣邊界層物理的研究有關(guān)。主要區(qū)別主要區(qū)別大氣邊界層物理是研究在大氣邊界層中所發(fā)生的物理現(xiàn)象的學(xué)科，是大氣物理學(xué)的一個分支。農(nóng)業(yè)氣象學(xué)是研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件之間相互關(guān)系及其規(guī)律的科學(xué)。農(nóng)業(yè)科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，氣象學(xué)科中應(yīng)用氣象學(xué)的重要分支。農(nóng)業(yè)氣象學(xué)研究的目的在于圍繞農(nóng)業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)代化，不斷認識和解決生產(chǎn)中的氣象問題，提出促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最優(yōu)氣象條件和措施。建筑氣象學(xué)是研究氣象對建筑的影響和建筑的氣象效應(yīng)的一門學(xué)科。在設(shè)計高層建筑時，除須考慮地震因素外，還須考慮風(fēng)荷載等氣象因素的影響。此外，不合理的建筑布局會導(dǎo)致空氣污染加重。因此，如何正確使用氣象資料，保證建筑設(shè)計既安全、經(jīng)濟和實用，又有合理的布局，形成良好的氣象效應(yīng)，是建筑氣象學(xué)的研究內(nèi)容。軍事氣象學(xué)是研究氣象條件對軍事活動和武器裝備使用的影響，以及對部隊作戰(zhàn)、訓(xùn)練和國防科學(xué)試驗實施氣象保障的手段和方法的學(xué)科。是氣象學(xué)的一個分支。激光、衛(wèi)星、電子計算