1、邊界層氣象學Boundary Layer Meteorology一、課程基本情況課程類別：（專業主干課）課程學分： 2 學分課程總學時：32學時，其中講課： 32學時，實驗（含上機）： 學時，課外 學時課程性質：必修開課學期：第5學期先修課程：高等數學、大學物理、大氣物理學、流體力學、適用專業：大氣物理、大氣科學、應用氣象教 材：編者，教材名稱（版次），出版社，出版年份等。（無）開課單位：大氣物理學院 大氣物理系二、課程性質、教學目標和任務“大氣邊界層”（Atmospheric Boundary Layer）是受下墊面強迫作用最劇烈，存在各種尺度的湍流，湍流輸送作用起著重要作用并導致氣象要素有

2、顯著日變化。大氣邊界層雖然很薄，典型厚度從百米到一兩公里，時間尺度小于24h，但它在地球各個圈層相互作用中卻扮演了十分重要的角色。本課程是大氣科學方向、大氣物理學與大氣環境方向、應用氣象方向的專業主干課，其目的是使學生掌握大氣邊界層中各種物理變化過程，以及這門學科與天氣學、氣候學、環境學、農業氣象學之間內在聯系。課程學習要求學生掌握氣象要素的鉛直分布規律及其變化特征，了解大氣湍流微結構特征，掌握研究大氣邊界層的相似理論和半經驗理論的方法與技術，使學生具有參加邊界層理論研究與觀測研究的初步能力。課程中的主要內容（a）湍流的基本特征，湍流的運動規律，如何去計算湍流。（b）湍流與邊界層內氣象要素之間

3、的關系。（c）大氣邊界層內各氣象要素的分布特征及日變化規律。（d）下墊面強迫對湍流的影響，以及對氣象要素的影響。三、教學內容和要求第一章邊界層氣象學研究的對象、意義、方法及進展（2學時）（1）掌握大氣邊界層定義及基本特征（2）理解本門課程的研究對象、研究方法、研究意義，以及相關可拓展領域重點：大氣邊界層的定義，主要研究內容，主要研究方法難點：和自由大氣的區別在哪里？第二章大氣邊界層湍流基礎（4學時）（1）掌握平均場與湍流場的基本概念及主要特征（2）理解湍流特征量及基本統計學方法（3）了解大氣湍流譜的基本構成（4）掌握大氣湍流通量意義與輸送特征（5）理解大氣湍流動能的基本概念及物理意義重點：湍流

4、的定義，湍流研究方法難點：建立湍流運動三維概念模型第三章大氣邊界層結構（4學時）（1）了解大氣邊界層的垂直分布結構（2）掌握不同穩定度條件下，邊界層結構的變化（3）掌握下墊面對邊界層結構影響的主要原因重點：大氣邊界層的垂直分層難點：下墊面對邊界層結構的影響過程第四章大氣邊界層支配方程（6學時）（1） 理解大氣運動尺度的概念及Boussinesq 近似的物理意義（2）掌握雷諾平均運動方程組的簡化形式、通量梯度關系和湍流粘性應力等基本概念 （3）理解從基本方程出發到平均量方程、方差預報方程、湍流能量方程及湍流通量預報方程的推導過程 （4）掌握平均量方程、湍流能量方程中各項的物理意義及變化特征 （5

5、）理解湍流能量的產生、變化及消亡的影響因子及物理過程 （6）掌握湍流能量與穩定度參數的定義，閾值等關系 （7）了解湍流閉合理論重點：大氣邊界層內的運動控制方程難點：大氣邊界層與自由大氣控制方程的差異第五章定常條件下的大氣邊界層（4學時）（1）掌握近地層相似理論，掌握風速對數律和指數律、風、溫、濕的對數加線性律，MO長度和Ri等穩定度參數，量綱分析法（2）理解全邊界層相似理論（3）理解半經驗理論在邊界層研究中的應用（4）了解大氣邊界層中湍流譜特征、譜相似的原理重點：相似理論在大氣邊界層中的應用難點：對流邊界層和穩定邊界層的相似關系，譜相似的適用條件第六章非定常條件下的邊界層氣象學（4學時）（1）

6、掌握非定常條件下邊界層溫、壓、濕、風變化一般特征（2）掌握地表強迫引起的非定常變化（3）掌握對流邊界層和穩定邊界層中氣象要素的變化特征重點：對流邊界層和穩定邊界層中大氣運動的主要特征及差異難點：不同穩定度條件下大氣邊界層中氣象要素分布特征差異是如何導致的第七章非均一下墊面的大氣邊界層（4學時）（1）了解非均勻下墊面的分類及屬性（2）了解山地環流、海陸環流、湖陸環流對邊界層大氣運動的影響（3）了解地形起伏對邊界層大氣運動規律的影響（4）了解城市大氣邊界層的主要特征重點：非均一下墊面的強迫作用 難點：各種不同下墊面對大氣強迫過程的差異第八章大氣邊界層的數值模擬研究（4學時）（1）了解數值模式對大氣邊界層的模擬（2）了解數值模式的種類（3）了解數值模擬過程中的湍流閉合技術（4）了解大氣邊界層模擬在天氣、氣候、空氣污染預報中的應用重點：數值模式如何刻畫邊界層內的大氣運動規律難點：湍流計算過程中如何閉合四、課程考核（1）作業等：作業： 2次，課程論文： 篇；（2）考核方式：閉卷考試（3）總評成績計算方式：平時成績20%，期末考試成績80%五、參考書目（1）R-B.Stull, 邊界層氣象學導論，氣象出版社，1991（2）李宗愷等編著，空氣污染氣象學原理及應用氣象出版社，1985（3）萊赫特曼著，濮培民譯，大氣邊界層物理學，科學出版社，1982（4）F.Pasquill et al ,At