大氣近地面層

大氣近地面層

直接鄰貼地球表面的空氣薄層。其厚度約為10~100米。大氣近地面層的基本特徵決定於地面和大氣之間動力的和熱力的相互作用。由於地面的摩擦作用,近地面層大氣有明顯的湍流特徵,大氣的湍流粘性遠遠大於分子粘性。因為地面阻礙了空氣質點的鉛直交換,所以湍流交換越靠近地面越弱,氣象要素的鉛直梯度越靠近地面越大。由於受太陽輻射的影響,地面的熱狀況有明顯的日變化,因此近地面層大氣的氣象要素的日變化也很大。

正文

在大氣近地面層,通過湍流運動使得地面附近的熱量、水汽等物理量與上層大氣進行交換,這對計算蒸發量和預報霜凍有重要意義。湍流運動也可將人類排放的微塵和有害氣體向高層輸送和擴散(見大氣湍流擴散),從而使有害物質稀釋。這些作用對農業生產和環境保護都是很重要的。大氣近地面層中,各物理量的湍流輸送有如下的特點:湍流切應力向量的方向和數值基本上不隨高度變化,即動量鉛直通量基本上不隨高度變化,水汽的鉛直湍流通量也不隨高度變化,並等於下墊面的蒸發速度。

大氣近地面層中,風場的變化與溫度場關係密切。風速隨高度的分布,在地形平坦的條件下若為中性層結大氣,則按對數規律分布:

大氣近地面層 大氣近地面層

式中V*是摩擦速度,大小等於地面摩擦作用引起的單位質量湍流切應力的平方根,其量綱和速度相同;K 是卡曼常數,它在不同著作中採用的數值不同,有的採用0.35,有的採用0.40;堸(z)是高度為z 處的平均風速;Z0為粗糙度,是用於描述下墊面的空氣動力學粗糙度的一種參數,以平均風速為零的高度表示。在穩定層結時,風速隨高度的增大比對數規律快,在不穩定層結時,則比對數規律增長慢。在大氣近地面層中,因為科里奧利力的作用可以忽略(見大氣動力學),所以風向基本上不隨高度改變。

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