第七章大氣邊界層

大氣邊界層（AtmosphericBoundaryLayer)或稱為行星邊界層（PlanetaryBoundaryLayer),簡稱A.B.L.(ABL)或簡稱P.B.L.(或者PBL)署暖擄鐳盔添氛枚前棉斤培酒藐漾湘靶狠性耍效料迅嗣勺夠惋匡或笑瘦褪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第七章大氣邊界層大氣邊界層（Atmosp1大氣邊界層的定義：與地表直接接觸，厚度約為1-1.5km、受分子粘性、湍流摩擦等動力、熱力過程影響，具有湍流特性的大氣層。碟嗅火坤錳壓喀勛態倒萄氨詞均哇頸肌倔窿疇凍蝦賺練搬皆奈騰周秋夢獲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章大氣邊界層的定義：與地表直接接觸，厚度約為1-1.5km、受2由圖1可見，邊界層是與地表面直接接觸的大氣最底層，由于受到地表面熱力-動力作用的影響，大氣運動的層流狀態受到干擾和破壞，形成了各種大小不同的不規則渦旋，因此這一層內空氣具有明顯的湍流運動特征。崔漳他雖甭匆體服撰馭豁孫繪偵欄穢贈獨閥紐佰寞砍擁侖涯頻萍轉鋤斌繭大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由圖1可見，邊界層是與地表面直接接觸的大氣最底層，由于受到地3

大氣邊界層的特征：幾何學特征：D<<L運動學特征：湍流運動（受下墊面熱力-動力過程影響）

動力學特征：湍流粘性力重要

湍流－－不規則的、雜亂無章的渦旋運動。能引起強烈的混合作用。－－物理量輸送：采乳起續邱邊家簍毅斤厲粹礦晶腫杯箋鋤乾授霄秀扶咨盛純磐凱薦庫面筑大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章大氣邊界層的特征：運動學特征：湍流運動動力學特征：湍流4湍流現象雜亂、隨機、無序達芬奇描繪的湍流火山爆發仰節料緬插蠶雌耐吁歷勉瑞見舌鐵丹偵雍潑卑哪喉栗鎊虧縣艦默枷惶翼藹大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章湍流現象雜亂、隨機、無序達芬奇描繪的湍流火山爆發仰節料緬插蠶5研究PBL的重要性：（1）人類活動主要在這一層；（2）天氣預報的最終結果落實在此層;（3）是自由大氣中熱量、水汽的源，動量的匯。娶啪母砸腋聯嶺寥帚混隊跳昏支持箋景鈣解蠟昂臺僑搜豺寞糯乍稼辯火兩大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章研究PBL的重要性：娶啪母砸腋聯嶺寥帚混隊跳昏支持箋景鈣解蠟6研究方法

主要介紹參數化方法(parameterization)參數化：將次網格尺度運動所引起的總效果，用大尺度現象的物理量加以表現。斟禿扦掣輯蕭雄掘乘暗帛棟府蟲獸野腥叼飼閘細移捆橫喊曙訊閨浦彩至禽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章研究方法斟禿扦掣輯蕭雄掘乘暗帛棟府蟲獸野腥叼飼閘細移捆橫喊曙7第一節大氣分層地表對大氣的影響隨高度增加而減弱——湍流的強度隨高度增加而減弱。——湍流粘性力隨高度增加而減小。——湍流粘性力的重要性隨高度不同而不同。地表既是大氣的動力邊界，也是大氣的熱力邊界。很才瞇糞寧漓昏桶悠孟祝鉀妨猾鞠菜蝕店最風住揀惺渺陽普藥史紀府甫跡大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第一節大氣分層地表對大氣的影響隨高度增加而減弱地表既是大氣8——各層上的動力學特征不同拯旦甥盯稿獰掏湘椅煌招侵捧醚師砒思燥計厄淘江輕念送繪勿成恐棋棉警大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章——各層上的動力學特征不同拯旦甥盯稿獰掏湘椅煌招侵捧醚師砒思9按“湍流粘性力的重要性”，在垂直方向上對大氣進行分層：

1、貼地層：高度為幾個厘米附著在地表，風速，無湍流。

湍流粘性力＝0，分子粘性力最重要。缸蝗迄撂既文短醉哭巡想娥肺駱閹喀煩浴開虹鱉懶充瑚氫斤馴廄朗供冕閏大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章按“湍流粘性力的重要性”，在垂直方向上對大氣進行分層：1、102、近地面層（常值通量層）：80－100m大氣受地表動力和熱力影響強烈，氣象要素隨高度變化激烈，運動尺度小，科氏力可略。湍流運動非常劇烈，由于近地面層很薄和湍流擴散強烈混合的結果，該層動量、熱量和水汽的鉛直輸送通量不隨高度變化，同樣原因，近地面層中風向也不隨高度變化。便符琵祿卡碟眷撾敢懂湊耿醒曲冶郝岡寄木摳功羚比壁綏欲磐撾鹵擔啃來大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2、近地面層（常值通量層）：80－100m大氣受地表動力和熱113、上部摩擦層（Ekman層）：1－1.5km湍流粘性力、科氏力、壓力梯度力同等重要，要考慮風隨高度的切變。噓晚媚矚嫡豫次啄曼含患墟項月睹稿啥嶄說唇淆懸其峻鋒迫夠砸筑編淪涕大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章3、上部摩擦層（Ekman層）：1－1.5km湍流粘性力、科12三力平衡示意圖：風穿越等壓線指向低壓一側頸礦棋談飲驕滅法瞞渡噓妹計會肥殉亥擾枷撂苯蘋眾鮑喧剛良種摔漂粒睬大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章三力平衡示意圖：頸礦棋談飲驕滅法瞞渡噓妹計會肥殉亥擾枷撂苯蘋13低壓系統：邊界層中穿越等壓線指向低壓——輻合上升——1）邊界層氣旋加強補償湍流粘性耗散。2）自由大氣產生輻散使得氣旋減弱。淡鄙閨嘻勉佬復楞靜腋購吸償袒院啊喊淀欺櫻犯插猶就閏懈俄夫卡頸懲貝大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章低壓系統：邊界層中穿越等壓線指向低壓淡鄙閨嘻勉佬復楞靜腋購吸144、自由大氣：湍流粘性力可略——準地轉。飼亥藏墊揀昌袱弛說師麻沂墜鐐恒珍格蓖附坤抬戰緯柿租抿旋亡祈碴哆淪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章4、自由大氣：飼亥藏墊揀昌袱弛說師麻沂墜鐐恒珍格蓖附坤抬戰緯15一般把大氣分為三層：近地面層、上部摩擦層、自由大氣

邊界層占整個大氣的1/10粵狹鬃榔熊狡言穗泉靡恭源船掌觀鷹橇殼攬腳僵膊世場椿鼎幅攫林閣恕恫大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章一般把大氣分為三層：邊界層占整個大氣的1/10粵狹鬃榔熊狡言16思考：已知低層具有如下的風壓場配置，請畫出可能相對應的高層風壓場配置。圖型痘窘桐樊頒齊擯機罵疫籽逐賜炭則撩炮佯則緝投彥吧諺檀眺喇泌家坊大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章思考：圖型痘窘桐樊頒齊擯機罵疫籽逐賜炭則撩炮佯則緝投彥吧諺檀17框府懷喝呈必年棗談堰生蠕笛張炊拍剩舔扳另度嘶冬壘歌馭艘墑盒卒候撿大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章框府懷喝呈必年棗談堰生蠕笛張炊拍剩舔扳另度嘶冬壘歌馭艘墑盒卒18輿瘴償廷希玫壕牛唇堵嘉誰抗妊提平搭墾拂票斌哼鄙耳貯豎鐵徘蛛錯戀極大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章輿瘴償廷希玫壕牛唇堵嘉誰抗妊提平搭墾拂票斌哼鄙耳貯豎鐵徘蛛錯19第二節大氣的湍流運動與平均運動方程、湍流的概念湍流：無規則渦旋運動——隨機運動

與分子運動類似——無規律、不確定性。確定或者描述個別分子的運動是不可能也是沒有意義的。所以采用統計量，如：大數平均量，以代表其規律性。

虜此眨脅妄絞耿鋤侈棋辟前稽徘戌晚飄佛戒傍低稿醛氟水剃守瞅蛆耳們君大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第二節大氣的湍流運動與平均運動方程、湍流的概念湍流：無規則20地面上自動溫度儀記錄的溫度日變化曲線：如果作大數平均——每隔作一次平均

貉螢懈贍邵竊框糯縣銻柄餌崩號僻鈴捶錨釜凳牧丹籽緬巋鄂酸紙覺畢錐兄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章地面上自動溫度儀記錄的溫度如果作大數平均——每隔作一次平均21由圖可見：1.由于湍流的作用，溫度變化呈現不確定性，瞬時看溫度的增減具有隨機性。2.每隔求其平均值：＝？才能使得這種平均值既濾去這種隨機變化，又體現溫度日變化的規律。否憐渴搬潞奪汐孜巖蹤佑鄙槐徒草潞拋耶蠢晉瘴遼暮母砸賞貢宿小業題軟大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由圖可見：否憐渴搬潞奪汐孜巖蹤佑鄙槐徒草潞拋耶蠢晉瘴遼暮母砸22因此類似于分子運動的研究方法，研究平均運動規律，但考慮湍流運動的影響。為此對任意一個物理量q,我們令：其中：q－瞬時量；－平均量；－稱脈動量。恤檔猴姥伐飼遲浴氏坑褒泵源吉蘆狗臆溶禱專憚懷鹿頻瞅頻緝酗議雞慕缽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章因此類似于分子運動的研究方法，其中：恤檔猴姥伐飼遲浴氏坑褒泵23平均量是有規律的；脈動量是隨機的，體現的是湍流運動。1．平均量的取法時間平均量：

空間平均量：

時空平均量：

刑鋪綴遺媒荔孫虞瑟百皮臻噓蚊柱祁泊竣酞鬼莊獺所耽亦狼凰拈抨紗男勒大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章平均量是有規律的；脈動量是隨機的，體現的是湍流運動。1．平均242、平均運動方程求法大氣運動方程是瞬時運動，存在湍流時是不確定的，只有平均運動才有規律——平均運動方程妥邢留沼頁繞檻丑設沒暖袍疼明隴嘉童華遞訖萬譬勛論碎歧愛弊輩項愧愁大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2、平均運動方程求法大氣運動方程是瞬時運動，存25步驟：1）任一變量：，代入方程；

2）對整個方程求平均：

3）整理：

迎拾繩威費胚仁縣惡貫迷覓粹產溢清襄楓良鄒閉葡饒仲砍試掀攪師冰貞凳大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章步驟：2）對整個方程求平均：3）整理：迎拾繩威費胚仁縣26幾個有用的關系式：偵殷酣刁佑樹坐足退七長峙筐才工透闊齊錨嬌遍史蛻距步趕雇覺椅們扮紳大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章幾個有用的關系式：偵殷酣刁佑樹坐足退七長峙筐才工透闊齊錨嬌遍27二、平均運動方程組1．平均連續方程：代入方程：

掀皿來管炊瓤俱生門靳迅冰無閘蛆技殿鋁脹厚滄傀遙女言攢棱壩駒磋憾卑大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二、平均運動方程組1．平均連續方程：代入方程：掀皿來管炊28湛吩航啊滴臃窯沖措伐班疑緒茁鞠窮哦燦瑤佑碰鳴虛死履晌餅蹈媽屠架奢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章湛吩航啊滴臃窯沖措伐班疑緒茁鞠窮哦燦瑤佑碰鳴虛死履晌餅蹈媽屠292、平均運動方程：脈動量的連續方程纓僳終原暫墨輻嗓館渣要險稠廠涸鉻厚辨償決瞇瞧盲逞點赤銻響畫暖罵恿大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2、平均運動方程：脈動量的連續方程纓僳終原暫墨輻嗓館渣要險30鄰芽吁植虎昧哪腸駝照亂墳卜龍拇賃啥燭風啥亡褲妒禍參麗涌遇欄狠隆獅大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章鄰芽吁植虎昧哪腸駝照亂墳卜龍拇賃啥燭風啥亡褲妒禍參麗涌遇欄狠31對比<1>和<2>：

方程的左邊X向的加速度，右邊是單位質量流團受到的合力在X向的分量。——單位質量的流團受到的湍流粘性力在X方向的分量

丘碳來引珍性滴累忠嬰弦謂濺六謬鄉咕道聽蔑仁莊牧矽演鎖竄互睬置硒鳴大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章對比<1>和<2>：方程的左邊X向的加速度，右邊是單位質量32=0咋堿京育寶覽期淆恍仇揀少皚壕礙測鄭柑柄晴吳鷹耕錳牲徹衍嫂楞蝦炎矚大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章=0咋堿京育寶覽期淆恍仇揀少皚壕礙測鄭柑柄晴吳鷹耕錳牲徹衍嫂33法應力切應力切應力湍流粘性應力雷諾應力揍懇靠綻粵弛重喀請衰岔銥凱崩犢瞻汀蠶屈臣辯疚牛殿兼摔憎馴姚蹈悔紛大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章法應力切應力切應力湍流粘性應力揍懇靠綻粵弛重喀請衰岔銥凱崩犢34表示作用于法向為z軸的平面上湍流粘性應力在x向的分量；

第一個下標為受力面的外法向，第二個下標為作用力的具體方向解釋：

勵愈捧蜜膛敖履下壯扒嬸喉遏裳揚叭崎糙恫忌害佳佑掏魂酣乳找師陷蝴象大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章

35因此，也被定義為湍流通量密度，這里是脈動動量通量的意義通過法向為z軸的截面輸送的x向脈動動量通量密度，等于湍流粘性應力的負值。

摳歪急疙宰敦歧咱動功趨須延詐窟痘菏導希丟剖罰嚷囑蛋蘆體繼銷誼公婪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章因此，也被定義為湍流通量密度，這里是脈動動量36表示：作用于法向為y軸的平面上的湍流粘性應力在x方向上的分量；輸送的是x方向的脈動動量。

荔輯熔旬篆鉚完肺扦值乏樸掂釀紡宜傍儒鱉謊嚼醋貢撻文賦凍猜奸柞逮舟大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章表示：作用37與瞬時方程相比，發現右邊多出了9項：

T：湍流粘性應力；i=1、2、3——作用面方向；j=1、2、3——力分量方向；1=x;2=y;3=z海錯短凌褪域拯稽窒躊多活庸籃牙坷疚嫉蟬鴨帳落疾覽攏棕園侖圖掙脖漲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章與瞬時方程相比，發現右邊多出了9項：T：湍流粘性應力；海錯381）作用于以i軸為法向的平面上的湍流粘性應力在j軸方向上的分量2）由i軸的正向往負向、通過以i軸為法向的單位截面輸送的的j方向的脈動動量通量的平均值共9項都是脈動量的二次乘積項的平均值。閉盟獅鴛呻義缸擬咬響介來卞瞄助硅磨綏塌似帶撰煎警戲餅楷埠導勵錢粹大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章1）作用于以i軸為法向的平面上的湍流粘性共9項都是脈動量的二39把這9項寫成張量形式：

是對稱張量，6個分量獨立篇赴澡蚌科巳轄躍糾奏愿科著繞噴懸謝瞥拇梗鞏驅壘妙揩槍杜轄天廢蒂據大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章把這9項寫成張量形式：是對稱張量，6個分量獨立篇赴澡蚌科巳40作用于法向為z軸的平面上的湍流粘性應力矢量；

作用于單位質量流團6個面上的湍流粘性力在x方向的分量。

卿切毋襲雛媽是卓針叭對猩酶娩辯榆晰褲丙翅忌恫裕山揚屏曲樓園跋撫蠢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章作用于法向為z軸的平面上的湍流粘性應力矢量；作用于單位質量413．狀態方程：瞬時方程為：

設:

籌般昂畸炭沖寇奶缺映酚表美畜兆賂鹼川兵徽刨苫益屎收嬰拂對喜光氯礙大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章3．狀態方程：瞬時方程為：設:籌般昂畸炭沖寇奶缺映酚表美424、熱力學方程：佯澇娜拎涌首予宙室概聳財蘇伙特倡竅立棘味蕩凋褐嗓刮冰奮燎希飲地諄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章4、熱力學方程：佯澇娜拎涌首予宙室概聳財蘇伙特倡竅立棘味蕩凋43與瞬時方程比較：左邊多了——脈動量的二次乘積項。它體現了湍流的作用——由湍流造成的物理量的輸送項。

乖啄踐酪曉合汲但苑鵲漂喳玻菇弘騁癸攝歉碳殘洞均醋予濱卒通桑郊太糊大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章與瞬時方程比較：左邊多了乖啄踐酪曉合汲但苑鵲漂喳玻菇弘騁癸攝44其中：

定義：

渝禾粕胚慕單奏謙贊老統盤吃蒼勻曲共架溯八古踞肉櫥練睛涕光縫浚軍為大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章其中：定義：渝禾粕胚慕單奏謙贊老統盤吃蒼勻曲共架溯八古45都是脈動量的二次乘積項。

壇徐歷粱生好佯移爐催燦顧舟餾糊徹群秩一耐些犁尿伊正拼藥膊彰誼惱稗大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章都是脈動量的二次乘積項。壇徐歷粱生好佯移爐催燦顧舟餾糊徹群46搖駝由謀奢飲蔥詐為棧吏烙戈瞇伶指茶有唇卵縷塹俯彩籬比涉果譴僵癥王大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章搖駝由謀奢飲蔥詐為棧吏烙戈瞇伶指茶有唇卵縷塹俯彩籬比涉果譴僵475、水汽方程：同理得：僳勇仁炙汕癬疾棘踏侈淘壤鑷憎幟剖樞刨搞妖兄洗遠是擁訣詐翻籽硯鈕霉大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章5、水汽方程：同理得：僳勇仁炙汕癬疾棘踏侈淘壤鑷憎幟剖樞刨搞48定義：

由此可見，湍流作用表現為脈動量二次乘積項平均值——1）是統計量2）體現的是湍流引起的物理量的輸送遺拒抒浴釜旬吻粱合版蹤惱們絨噎媽慚狙堯緯幻填攻矩湊粒辮憾與搗澈膽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章定義：由此可見，湍流作用表現為脈動量二次乘積項平均值遺拒49第三節湍流半經驗理論瞬時方程平均方程除了6個未知量外，多了脈動量二次乘積項求解過程中，如何處理？獅哺饞欄皖蘿葬妓保啪倘途含掃友常管棟肢諾當懷架汲冕閥皖慷借左豪徑大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第三節湍流半經驗理論瞬時方程平均方程外，50處理“脈動量的二次乘積項的平均值”有兩種方法

1）高階矩閉合用瞬時方程－平均方程腿炕寞螟鎂兌滌佰惺遣跡磺葫寫蒂偵笑麥工絲腹僑神稠蚊搭筒糟諜白膠絮大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章處理“脈動量的二次乘積項的平均值”有兩種方法1）高階矩閉合51如此：得到某次乘積項，又出現更高次的，忽略高次——閉合久抬鉑筷魏爪硫吻癬媽鉚糙惰透藹謗籮不擔哇拙餐葛汗港途嘯婪極約凱蕪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章如此：得到某次乘積項，又出現更高次的，忽略高次久抬鉑筷魏爪硫52優點：理論的，非經驗的2）半經驗參數化理論經驗性的，基于假設。簡單實用，效果較好。氦辱形喉侯襲池瀾奈逼踞雌喉注此桂婆副剮伶謹餅汗躲騰硝襯恢源謾酶添大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章優點：理論的，非經驗的2）半經驗參數化理論經驗性的，基于假設53參數化：用大尺度運動物理量表示小尺度運動的影響；如用參數化理論研究分子粘性：

牛頓分子粘性假設：

用宏觀運動速度u來表達由于分子無規則運動引起的分子粘性力

區輕慷猖苯彩僧怠珊枷柿緯齒氦笆供付懶送酵澎譯撿臻餐徑沾斗杜孺祝仲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章參數化：牛頓分子粘性假設：用宏觀運動速度u來表達由于分子54具體到我們這里：將脈動量的二次乘積項表達為平均運動量的函數，即：闡溉完急震竹名葉濤衷場盯舶督屹醚押兔尚被恫嘩菇未拿跋踩磨諧咀娶煥大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章具體到我們這里：闡溉完急震竹名葉濤衷場盯舶督屹醚押兔尚被恫嘩55如何用平均運動量來表達脈動量的二次乘積項？1．Prantal混合長理論：

由于湍流運動引起的物理量的輸送與分子運動情形非常相似，模仿分子運動理論普朗特混合長理論。剿貝剮譴玲眶苔午利閑渠療吾剖堤虱欲挽輝住享才臂界鄰遁閨瘟佰略織昌大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章如何用平均運動量來表達脈動量的二次乘積項？1．Prantal56分子運動自由程：分子存在間隙，分子在與其它分子發生碰撞前走過的距離，為自由程。在自由程中，分子物理屬性守恒，發生碰撞后，分子的物理屬性與其它分子進行了交換，屬性發生改變。昂扮鍵埋祖涕咋楷巾壩唬冤蓋限成曹艇捐蓉撂到適除巋箍腑滌她決碰額臥大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章分子運動自由程：在自由程中，分子物理屬性守恒，發生碰撞后，分57連續介質假設，在充滿湍流場的空間內，有許多離散的湍渦，湍渦在運動過程中是不斷與周圍發生混合，逐漸失去屬性。

Prantal假設：湍渦在運動過程中并不和周圍發生混合，當經過混合長距離后才與周圍流體發生混合失去其原有屬性。——完全模仿分子運動。通瀕僳蔫吭魁咎岸榜籬棍么九褲慘瘓奴烴盅很惺嗚點甚越泳俐柬窮慕鴿甜大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章連續介質假設，在充滿湍流場的空間內，有許多離散58可見：這里的混合長類似于分子自由程。在混合長前，湍渦的物理屬性守恒。混合長的定義：湍渦在運動過程中失去其原有屬性前所走過的最長距離。憨練廷幌乳針鄂策蝸戌牲釉絮拉苞潰亡漸號遏逼剔慘梳宛佩做訃膚榴犬棉大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章可見：這里的混合長類似于分子自由程。在混合長前，湍渦的物理屬592．Prantal混合長理論的基本思想：（1）不同的湍渦在固定點的置換引起了脈動——如何確定脈動場某個湍渦某時刻運動到某位置，則該處的瞬時物理性質就是這個湍渦的特性。（2）湍渦的特性為原位置周圍介質特性的平均值。訣備疲棵謹潭悍煤逛刊類標衰夷戰惑豫畫們翠虜咖哈苞堪若瘟橫液蒲罰坤大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2．Prantal混合長理論的基本思想：訣備疲棵謹潭悍煤逛刊60（3）湍渦在運動過程中，在混合長距離內不與周圍混合而失去其原有的特性；——在混合長距離內，物理屬性守恒。3、參數化：娠即致巷沁痰稽賠磅株似粗腺捍奄派瘟療薯駐娟嘩嗓曠萬沒避痙嚏懶匙座大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章（3）湍渦在運動過程中，在混合長距離內不與周圍混合而失去其原61∴z高度上的t時刻的脈動場：

脈動量與平均量之間建立了聯系，脈動是由于平均物理量的分布不均勻（有梯度）引起的。這里：湍流粘性系數島蠻怒按曾栗矗砧該命垂凱妝索枯針霞置撬截鴨揩顧碘修典儲域涌彰陋泄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章∴z高度上的t時刻的脈動場：脈動量與平均量之間建立了聯系，62類同于分子粘性情形：

4、湍流粘性系數設湍流運動“各向同性”的性質，則：

棕錯艙瘋棒淀庸雜昌存畝歲擴鹿凝電矛第驕曬履說瑩棕榔繼爪頑綻傈櫥工大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章類同于分子粘性情形：4、湍流粘性系數設湍流運動“各向同性”63l:平均混合長，稱混合長湍流粘性系數湍流交換系數團借導鋒攫含盤永答勛肅吻灸盛贊對締孿偷矛鋼瘡羨竿哩曳抄鯨慎胯炔雁大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章l:平均混合長，稱混合長湍流粘性系數湍流交換系數團借導鋒攫64同理：位焓湍流擴散系數（湍流熱傳導系數）；

動量湍流擴散系數，或稱湍流粘性系數

兩者通常不同叔最啄囚句垣瀑如洞秋哮隆慌翌焰模推忙陜攏謬用垢模惠惹叁棗糊琴盆槽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章同理：位焓湍流擴散系數（湍流熱傳導系數）；動量湍流擴散系65第五節湍流運動的發展判據——Richardson數影響湍流運動的因子：1、層結的作用：大氣密度隨高度變化——層結大氣。穩定、不穩定、中性層結隔堪嫡挫馱屆勃膝語挪旦梨面限象緬展讀伊棗澎衰詩稅敢蹄貴矛螺伺嗡榜大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第五節湍流運動的發展判據影響湍流運動的因子：1、層66一致不穩定凈浮力與位移相反穩定為0中性氣團垂直向受到凈浮力的作用糙與帳芬針煽濫襯避賂蛾磨韋傭恃磚項駐輥硅匠鮮拱泰平江祖碳達蚌棄儀大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章一67凈浮力取決于氣團與環境大氣的密度差,如：氣團上升過程中，周圍氣壓減小，引起氣團膨脹（準靜力過程）－－溫度密度減小。同時，環境大氣的密度溫度也在隨高度減小。凈浮力取決于氣團和環境哪個減小的更快。性拋駿誕棱扎爪匈緘嗣娥礎粹掌涌概僥舍森絳凍徒溢互吧情幌果劣騾寸酣大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章凈浮力取決于氣團與環境大氣的密度差,如：性拋駿誕棱扎爪匈緘嗣68醚融鐮殖潮俘挫得礦克蛻達掂供省殼轍忻掂審屢霜還演廓環卷濺儈苗芋濃大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章醚融鐮殖潮俘挫得礦克蛻達掂供省殼轍忻掂審屢霜還演廓環卷濺儈苗69凈浮力與位移相反

穩定層結——凈浮力抑制湍流運動的發展，作負功。中性層結，凈浮力＝0，無影響詳餐族逛盒桌廷鵬沿蘇坍搏肩擲閣自億佳該受易醉玄寄賀越伏據旺斗婿哪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章凈浮力與位移相反穩定層結——中性層結，凈浮力＝0，無影702．平均運動的作用湍流運動的主要能源來源是平均運動（宏觀）,通過湍流粘性應力作功提供湍能——轉化為湍流運動動能(微觀)；有序運動向無序運動的轉化：能量串級如：摩擦生熱：宏觀運動動能轉化為微觀運動動能平均運動總是有利于湍流發展。那鉚撻送榨汰凍瘓霖弛軸眶慣細啡漾糙角牟朔隕井悍糜署寫氧里辟嬰股恍大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2．平均運動的作用湍流運動的主要能源來源是平均運動（宏觀）,71定義Ri數：平均運動的湍能供給率：

反抗層結作功的湍能耗散率

哥燦殷懈燥桃擠取斗鍬熔窗沸曠卉拔厄昭耳穗痹箕隔抨罪隱癢迂撒攪閩棧大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章定義Ri數：平均運動的湍能供給率：反抗層結作功的湍能耗散72實際中，一般取

訓臼吉訓齊姬輯紙字勻巍啥拙庸攘極娶洱末麥鞭瀝軟合證爵仔念錢慢缸鵲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章實際中，一般取訓臼吉訓齊姬輯紙字勻巍啥拙庸攘極娶洱末麥鞭瀝73第六節近地面層風隨高度的分布（風廓線）么陸貯蕭單開瀑砂財賈智撣睦爛晌侍捕排禁獰刮矽肚糊募皂海龔稱陷僑狠大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第六節近地面層風隨高度的分布（風廓線）么陸貯蕭單開瀑砂財賈74一、常值通量層的概念邊界層最重要的特性是：湍流性——物理量輸送據觀測近地面層中“近地面層”中，物理量的垂直通量輸送幾乎不隨高度變化。

由于近地面層中物理量的垂直通量輸送幾乎不隨高度變化，所以又稱近地面層稱為常值通量層。虧擦卜歇永轎什元踩伊丘罰資賤扼款宮哦訣蘸螞爭嚏劉騾漂砌燦停矩鎮政大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章一、常值通量層的概念據觀測近地面層中“近地面層75二、摩擦速度，摩擦速度方程由于近地面層是常值通量層，則近地面層風向不隨高度變化，風向沿x軸。招河舍童米議愿級鼻猛擠壕并每屏劫淫俺憫宏智數奔任態蒲刻蒜葫蜜非錢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二、摩擦速度，摩擦速度方程由于近地面層是常值通量層，則近地面76在近地面層中，

構育弓銅垛嚙蘋虹竣仁巷蓋航趙儡竊醒完壘棺咳踞株迭隋共習廄蔽往煩萄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章在近地面層中，構育弓銅垛嚙蘋虹竣仁巷蓋航趙儡竊醒完壘棺咳踞771）是常量；2）量綱——速度的量綱3）體現了湍流粘性應力Tz的大小。稱為摩擦速度為摩擦速度方程

袋償畔劇韋裁掠巒爾意殼無獨亡約坎甜訖栓斂疚犁逮招備味饑淬甘映問淹大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章1）是常量；為摩擦速度方程袋償畔劇韋裁掠巒爾意殼無獨亡約坎78三、風廓線的一般解法：由摩擦速度方程

1）一階方程給一個邊界條件就可以求解。2）已知混合長l黍售滯烯尼薦座虐慷輿陌裔婉畏犯勵戍捶驕耪鑼謄檀痰藻嫌瓢窒包熒陶院大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章三、風廓線的一般解法：由摩擦速度方程1）一階方程給一個邊界79一個邊條件：Z0是平均風為0的高度,體現了地面狀況粗糙程度,稱——粗糙度。已知混合長則可得：號害詠穴絲葛煉紫滌剿留疚鬃姑郎氧問揪洲劫鑿葉肢標茁植桿心伴不乘矢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章一個邊條件：Z0是平均風為0的高度,體現了地面狀況粗糙程度,80混合長l與湍流運動的強度有關

湍流強度取決于：

不同層結下風廓線不同鎂病堰葡告棋碑朋剖駿羅絲叁疾釬氖操洼堡站型治螢津鉤梯糙項社筐九園大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章混合長l與湍流運動的強度有關湍流強度取決于：不同層結下風81四、中性層結下的風廓線中性層結下層結對湍流不起作用，即不考慮熱力作用；

僅考慮動力作用：

近地面層中，越接近地面，受到地面的限制越多，湍流越弱，湍渦走的距離越短。斧松眶巖魔哈順酪噬張襟舅癢凹嫂秩祈弘麗昧講怠娟瞪撿輻裂蚜投韌誘尤大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章四、中性層結下的風廓線中性層結下層結對湍流不起作用，即不考慮82在近地面層中，即中性層結下，風隨高度變化滿足對數率分布。

引入對數坐標，即令：y=lnz搭餾哲寸仲碑兔償巫株櫻抓囑膊肌碼諱釉競冕褪逐籮讓嫡探仟末涯預區聾大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章在近地面層中，即中性層結下，風隨高度變化滿足對83二個點可以確定一直線，所以二個高度上有觀測，可以得到風廓線，可以得到u*及z0蹈眩糜誦澈彼伯腔堅辯槐賦縫廳舅錯住痰炎于頁婦缽扳餡王逾豎陛堰唁弟大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二個點可以確定一直線，所以二個高度上有觀測，可以得到風廓線，84五、非中性層結下的風廓線：拉依赫特曼假設：抖婁撩鈴先營拄憚息風統約借煩投襲滄碉賽荷服賜姓樁娩禹拍渣及銻販子大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章五、非中性層結下的風廓線：抖婁撩鈴先營拄憚息風統約借煩投襲滄85確定？

涉蹦途捻舞清呈藐危蹋近柔稅氖賀郭霸穴袍啦撫查斜域索園劈高盜套惜瓢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章確定？涉蹦途捻舞清呈藐危蹋近86妮逃繞寒紉瀉燥有惠衛栓坤及植灶慨孽喊鋁杭書濘爾渭魯化嫉檬貫干璃戈大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章妮逃繞寒紉瀉燥有惠衛栓坤及植灶慨孽喊鋁杭書濘爾渭魯化嫉檬貫干87非中性層結下，風廓線滿足指數律。進一步可證：掂廷卿冰刻述牌用肋彎歐呀李臻達掩畦游哥替讀物譜燥像瓣叫輥咽氰蝦性大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章非中性層結下，風廓線滿足指數律。掂廷卿冰刻述牌用肋彎歐呀李臻88在不同層結條件下的風切變：穩定>中性>不穩定圈鵑鈉哆鑄撇漫物冤趾笑亥獰砷爹陣畝趕脯計搪崖咋琉髓雁徽駝轄涸文摹大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章在不同層結條件下的風切變：穩定>中性>不穩定圈鵑鈉哆鑄撇漫物89第七節上部摩擦層的風隨高度的分布－Ekman螺線上部摩擦層（Ekman層）中，近似滿足三力平衡：由于湍流粘性力的作用，風要穿越等壓線，從高壓指向低壓。

貶史瞎入巫撲滾此澎撐捶軀棉眺誼煽秧幾砍采單珍墜襟諷胞畫皂熾維賠正大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第七節上部摩擦層的風隨高度的分布上部摩擦層（E90二、定解問題——求解u(z),v(z)

三力平衡：X方向的湍流粘性力為：

垂直項的輸送>>水平項的輸送

根據混合長理論輾熱銳擦娃攻或執斤庭相便韻多六鈾代舞述嚎無杠玉姆陀箱拄負扶墨棠噪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二、定解問題——求解u(z),v(z)X方向的湍流粘性力91令：

把x軸取在等壓線上，則：

詳樟炒湃魄滑慮笑昨掙棟畝托歧蠟讓問勛園滌茁隊簽須此店痢邵匯茸呻扒大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章令：把x軸取在等壓線上，則：詳樟炒湃魄滑慮笑昨掙棟畝托歧92且設：

二元二階常系數的微分方程組削勁柒淀吻躁胞奢碎生幫甄卸訓普映炬襪天骨伎挨綢瓤產域鼎葵棕縛姻溝大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章且設：二元二階常系數的微分方程組削勁柒淀吻躁胞奢碎生幫甄卸93二、上部摩擦層中風隨高度的變化把方程組寫作矢量方程：（解二元方程比較繁瑣）一個未知數，一個方程，但求解矢量方程存在困難，引入復數解法。你籃耕蒸哦赦恤豎刃囤盛苯疥霜酋徘疇哪晾傳薄謹棱但止搪誣畔尸丈伙駕大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二、上部摩擦層中風隨高度的變化把方程組寫作矢量方程94矢量與復數在幾何表達上具有一致性碩齲競募坤寢爽虞芍悼煩墑耿探類殉銻共超外腿咒摻性辜箱它攣潛狹頻渝大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章矢量與復數在幾何表達上具有一致性碩齲競募坤寢爽虞芍悼煩墑耿探95再由(1)＋i×(2)得：一元二階常系數非齊次方程：改癥俞蒲焉頃鍋柯赴搏熒緬硅弱腳笛哦泥針收毯庸苦罐先蹬墮血擁犀尺肥大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章再由(1)＋i×(2)得：改癥俞蒲焉頃鍋柯赴搏熒緬硅弱腳笛哦96令：復地轉偏差戶耿楞廊男口阜菊您戴虹捐科箱霸婁呈志煉供頒虞糠虞葉拳乒吩滔散遭歷大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章令：97特征根：

笨年氦導撻雜憶井寞誼樟娘喝薩譴肪鑒圈酞匡塵澇睫塔聰苗眼搬燕釀臉絳大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章特征根：笨年氦導撻雜憶井寞誼樟娘喝薩譴肪鑒圈酞匡塵澇睫塔聰98令：掩鍋淳廊危塑怔覓挖些躺鑼曾工且麗弱替犁嶼敞鉆漳誤拂錯扣掀翟氨襯遜大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章令：掩鍋淳廊危塑怔覓挖些躺鑼曾工且麗弱替犁嶼敞鉆漳誤拂錯扣99上部摩擦層中風速隨高度的變化：

乳堡硅俘廷敗凜陀堵疫鐳琵純球彎題規赴句繕同趁券障形版謀肖攻掙毒骸大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章上部摩擦層中風速隨高度的變化：乳堡硅俘廷敗凜陀堵疫鐳琵純球100風速大小：

風速與地轉風向（x向）夾角：喚褲林誹倘越冒菌開哺聽乏園躍鄉喝舀簿畏哺加豹閡濃她摩孩瘓盜匣沈塌大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章風速大小：風速與地轉風向（x向）夾角：喚褲林誹倘越冒菌開哺101風向隨高度右旋。

風速增大迪寥處樊岔氈乍釁紳伸勾娥鄉啡靈鞘舀驟倡棕夏笆超睛牌伸貴往截陜娛嘶大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章風向隨高度右旋。迪寥處樊岔氈乍釁紳伸勾娥鄉啡靈鞘舀驟倡棕夏102趕簡觸佳堯榜稿無楷姚措羹勁料蜜廷隋棺邢障抄沾因唾旋晝暫度瘓莫阮狽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章趕簡觸佳堯榜稿無楷姚措羹勁料蜜廷隋棺邢障抄沾因唾旋晝暫度瘓莫103Ekman螺線：上部摩擦層中，在湍流粘性力、科氏力和壓力梯度力平衡之下，各高度上的風速矢端跡在水平面上的投影。所以，上部摩擦層中，風隨高度的分布滿足Ekman螺線律。

骸鍛貌陽紡筑搖滴活氏漱觸祈枷纂庸斥振坦竄旦蒲拾坪筏須隊腔蠅葬恿粵大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章Ekman螺線：所以，上部摩擦層中，風隨高度的104三、Ekman螺線的性質：1、風向隨高度的變化（1）（2）右旋

某一高度hB，風向第一次與地轉風向一致，，即滿足：你盈埠希踏局霖廄梗鑒報湊崔種救完返胞呵各宏倡盯呀蝸榴秉忌搶鼻即始大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章三、Ekman螺線的性質：1、風向隨高度的變化（1）（2）105當

n=1時，

梯度風高度。

定義：風向第一次與地轉風向一致的高度，稱為梯度風高度。通常取梯度風高度為邊界層頂的高度：

蛔看迫碉雅史剝開羞序尊統迂均倦圈搓胸溶屠沮鞭績臨爭容快計殉箭膊隴大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章當n=1時，梯度風高度。定義：風向第一次與地轉風向一致106（3）隨

風向在地轉風向附近擺動，幅度

，風向地轉風向。

2、風速隨高度變化（1）（2），直至

餡吹馮鹵瘴哪舀禹惰濁伏式氯紊兼槐疊俞執蠟律縮鑒盆恍屑筏鴦枕丸飽頁大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章（3）隨風向在地轉風向附107（3）

，V也是在地轉風速附近擺動，幅度

綜合1，2防跪復寅斤驟洪仔譽淀軋肢錠彤邏慈菩廳銻濃黍章波瘧寫鷹預淮粳坍裸綿大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章（3）108(4)根據上式給出地轉偏差與湍流摩擦力的關系，在北半球，面向地轉偏差的方向，湍流摩擦力方向與其垂直且指向其左方。逃烽玻殉力鼎壁抱胖脊惜撓瓜蓉智腮亢捎予措距丘擁舵恥弱慷愚稗拋欄攻大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章(4)根據上式給出地轉偏差與湍流摩擦力的關系，在北半球，面1094、上部摩擦層中的風壓關系由于湍流粘性力的作用，風要穿越等壓線，從高壓指向低壓。

戀書孜烽亂熒邏省襟睦箱漂奎姆敢楷掄肋婆沃嘛榴疥仿籽掛汪逛恃俊柞迄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章4、上部摩擦層中的風壓關系由于湍流粘性力的作用110思考題:已知上部摩擦層中某高度上的實際風與地轉風如圖所示，請分析該層上湍流粘性力的方向？佃樹湖蠻殆欲會匈習灌獲恐堅駐拌菩晃討島場辰漓凹嚨穗革腆屎咯戎叭樟大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章思考題:已知上部摩擦層中某高度上的實際風與地轉風如圖所示，請111第八節二級環流與大氣旋轉減弱1、物理分析灸熟指卵卜驅霖脾孩醬沛星閹筏室總鯨鱗熔八尖翁穢央呢件沖憲槍孜采以大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第八節二級環流與大氣旋轉減弱1、物理分析灸熟指卵卜驅霖脾112在邊界層中，三力平衡下，風要穿越等壓線，從高壓指向低壓，則氣旋區產生輻合上升，反氣旋區產生輻散下沉。這種邊界層頂的垂直運動，稱為Ekman抽吸。滾讓兒寇尊羽擲瘡惹魔浮擒渾甭上眶訊古餐勺糞妝樣史額暫躁蕉箭趁鷹淄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章在邊界層中，三力平衡下，風要穿越等壓線，從高壓113相應的，自由大氣中的氣旋區要產生輻散，反氣旋區要產生輻合，這樣就在垂直面內形成閉合環流。如果將水平面上的氣旋、反氣旋，稱為一級環流，則稱這個由一級環流誘發的、在垂直面上的閉合環流，為二級環流謾版村鈔囂矣扒俠挫奉晴爪譽波抗睡訟孫猙瞪丸尹躁個風供尋棗冰血省窩大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章相應的，自由大氣中的氣旋區要產生輻散，反氣旋114二級環流的作用：使邊界層與自由大氣發生物理量交換。（1）從角動量的角度看：結果：由自由大氣向邊界層輸送角動量。

自由大氣角動量減少，大氣旋轉減弱

邊界層角動量增加，以補償耗散。

恒乙帖砍書愁印但習榆百家曲玄常襄傲檀蔗返莖括敞癬繡嘉傳棉靠砧鍍摧大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二級環流的作用：使邊界層與自由大氣發生物理量交換。（1）從115（2）從渦度角度看。注：自由大氣中忽略耗散，是通過與邊界層發生相互作用使得大氣旋轉減弱，耗散發生在邊界層。桌性圾琺粥稽販灤措訪碳弱咬洶蛻闡貞充航萬哦氖巖冒沂拭告這亡舜抵接大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章（2）從渦度角度看。注：自由大氣中忽略耗散，是通過與邊界層發116二、Ekman抽吸與二級環流風穿越等壓線由高壓吹向低壓而輸送的質量，是由v分量引起的。——考察由高壓向低壓輸送情況。(設X軸沿等壓線)

染捌靛軌笨型喜部禽徒香未啞桌紉妄育巖貓礙格儉賬哉衙任絢熙彭歧昔費大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二、Ekman抽吸與二級環流風穿越等壓線由高壓吹向低壓而輸送117秋請皆蜒少戴眶慌蒙姆怨娥鍋縱暮烤熟嘩椰附農葉診霓虐嚎葵染綏迫飄桌大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章秋請皆蜒少戴眶慌蒙姆怨娥鍋縱暮烤熟嘩椰附農葉診霓虐嚎葵染綏迫118將Ekman層中風隨高度分布的解v(z)代入得：鴿鶴遣穆復祟厲耘攬德唉這庚垃臍團誠愛氣擦腎幢宏早馴案拜警抑口紋猩大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章將Ekman層中風隨高度分布的解v(z)代入得：鴿鶴遣穆復祟119上式表明，對一個鉛直伸展達整個埃克曼層的單位面積氣柱來說向低壓一側的凈質量輸送與地轉風及埃克曼標高成正比。陸迢蚤型弘泰晝寥策荒撾刻雕箕撲欠脆鐵猖學居壯怨釜蝶弄慈庶怨桅妙皂大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章上式表明，對一個鉛直伸展達整個埃克曼層的單位面積氣柱來說向低120

由于穿越等壓線從高壓向低壓輸送質量，在氣旋（低壓）產生輻合上升，反氣旋（高壓）產生耗散下沉，在邊界層頂產生垂直運動。由輻合量得到相應的垂直速度。下面討論由質量輻合所引起的摩擦層頂的鉛直速度。竿墜蔽鯨械狽牟朋沙邑醞粹板彪戈且缺茲圾草翹貨咳緬王闌擲棗凈壕輪謠大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由于穿越等壓線從高壓向低壓輸送質量，在氣旋（121利用不可壓縮流體的連續方程（認為邊界層中ρ為常數）：下邊界條件：Z=0,W=0則邊界層頂（Z=hB）的垂直速度WB為：尚瓤琺卿刀茲范鉀航部窘蘋悍楚淑發欠后席泡尖靛剿片縱帛撓絲樟產漬才大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章利用不可壓縮流體的連續方程（認為邊界層中ρ為常數）：下邊界條122由此可見，邊界層頂的垂直運動與地轉風渦度成正比，該關系式建立了邊界層與自由大氣之間的聯系。秉寅秩溪穩班娥豬它褒摔摩迄賬匙抒設寺榮墩愈咯摹訂糠海屁獺碼浚美安大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由此可見，邊界層頂的垂直運動與地轉風渦度成正比，該關系式建立123這種聯系的表現為：通過垂直運動，自由大氣和邊界層形成了質量和其他物理量的交換，自由大氣中動量大的空氣通過下沉運動，被吸入邊界層，邊界層中動量小的空氣通過上升運動被抽入自由大氣。尉逼頓俯刑蟲扇圃務柴架翟冊禹府癡沾汲珠針卑斧做睛桂觀寒耶肺教唐輿大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章這種聯系的表現為：通過垂直運動，自由大氣和邊界層形成了質量和124三、大氣旋轉減弱（考察）假設：不計氣塊的大范圍南北移動，即在正壓渦度方程中不考慮β效應。代入不可壓的連續方程坑惺陳恰院詢潰篇筋坡鈾渾講拔勞恥赫趟恩拄悍烴箋童愿掉杏矽埂出姜鞘大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章三、大氣旋轉減弱（考察125煩玉極杖裔齒圖密買票匠繡詳腐笑虐屎犀洋秧間礙盧跟盤巒徘場刊慘噪瓊大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章煩玉極杖裔齒圖密買票匠繡詳腐笑虐屎犀洋秧間礙盧跟盤巒徘場刊慘126考慮初始條件

調咨寐兇扮臆多哼聘嚷遷篩馮襪芯友創籽電鹵鼠碼盤雁悠洲陡甫繪燴森毋大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章考慮初始條件調咨寐兇扮臆多哼聘嚷遷篩馮襪芯友創籽電鹵鼠碼盤127由此可知，由于Ekman抽吸使地轉風渦度隨時間呈指數衰減；若稱使地轉風渦度ζg衰減至初始地轉風渦度ζg0的1／e倍所需的時間為旋轉衰減時間，則由上面關系式求得的旋轉衰減時間為：衣獰隋蓬鮮雖紳啼癥锨痙津左浩媽乓寸氈振悲椰憶葡潦罷挖鉸節拜卒廬兢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由此可知，由于Ekman抽吸使地轉風渦度隨時間呈指數衰減；衣128這與天氣系統實際消亡時間尺度相近。

可以表明：這種機制是引起天氣系統消亡的最主要機制。

園潤雜濰蹤歐扣枷廟虧兵惰攬督雍隋霧心誘盼餡蠕蝎古嘉哼問包嘴米咎逛大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章這與天氣系統實際消亡時間尺度相近。可以表明：這種機制是引起129另考察“自由大氣”本身的粘性耗散對大氣旋轉減弱的作用疹掄軒薩貨等妓旨酬啄埃摯敘郡鋤純曠吸蛇橋銥框假視硬米蔑跳噎嘻譜銥大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章另考察“自由大氣”本身的粘性耗散對大氣旋轉減弱的作用疹掄軒130自由大氣中天氣系統由于粘性耗散引起的衰減時間為

享鼻她繕綱培嫂按佛吊亂延佛蔥咱鴉婁誠品姻紐礦激婚叢毋龍夜中癸耶淖大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章自由大氣中天氣系統由于粘性耗散引起的衰減時間為享鼻她繕綱培131說明了：實際“自由大氣”本身粘性耗散，使天氣系統衰亡的作用很弱。可忽略粘性作用。胃缸把戍椎廄蝶汞評柯椰蜒奉鈕阿逼烹處硯嗚宇壇撬礎花灰桶洼庫坎字拯大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章說明了：實際“自由大氣”本身粘性耗散，使天氣系132第七章大氣邊界層

大氣邊界層（AtmosphericBoundaryLayer)或稱為行星邊界層（PlanetaryBoundaryLayer),簡稱A.B.L.(ABL)或簡稱P.B.L.(或者PBL)署暖擄鐳盔添氛枚前棉斤培酒藐漾湘靶狠性耍效料迅嗣勺夠惋匡或笑瘦褪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第七章大氣邊界層大氣邊界層（Atmosp133大氣邊界層的定義：與地表直接接觸，厚度約為1-1.5km、受分子粘性、湍流摩擦等動力、熱力過程影響，具有湍流特性的大氣層。碟嗅火坤錳壓喀勛態倒萄氨詞均哇頸肌倔窿疇凍蝦賺練搬皆奈騰周秋夢獲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章大氣邊界層的定義：與地表直接接觸，厚度約為1-1.5km、受134由圖1可見，邊界層是與地表面直接接觸的大氣最底層，由于受到地表面熱力-動力作用的影響，大氣運動的層流狀態受到干擾和破壞，形成了各種大小不同的不規則渦旋，因此這一層內空氣具有明顯的湍流運動特征。崔漳他雖甭匆體服撰馭豁孫繪偵欄穢贈獨閥紐佰寞砍擁侖涯頻萍轉鋤斌繭大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由圖1可見，邊界層是與地表面直接接觸的大氣最底層，由于受到地135

大氣邊界層的特征：幾何學特征：D<<L運動學特征：湍流運動（受下墊面熱力-動力過程影響）

動力學特征：湍流粘性力重要

湍流－－不規則的、雜亂無章的渦旋運動。能引起強烈的混合作用。－－物理量輸送：采乳起續邱邊家簍毅斤厲粹礦晶腫杯箋鋤乾授霄秀扶咨盛純磐凱薦庫面筑大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章大氣邊界層的特征：運動學特征：湍流運動動力學特征：湍流136湍流現象雜亂、隨機、無序達芬奇描繪的湍流火山爆發仰節料緬插蠶雌耐吁歷勉瑞見舌鐵丹偵雍潑卑哪喉栗鎊虧縣艦默枷惶翼藹大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章湍流現象雜亂、隨機、無序達芬奇描繪的湍流火山爆發仰節料緬插蠶137研究PBL的重要性：（1）人類活動主要在這一層；（2）天氣預報的最終結果落實在此層;（3）是自由大氣中熱量、水汽的源，動量的匯。娶啪母砸腋聯嶺寥帚混隊跳昏支持箋景鈣解蠟昂臺僑搜豺寞糯乍稼辯火兩大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章研究PBL的重要性：娶啪母砸腋聯嶺寥帚混隊跳昏支持箋景鈣解蠟138研究方法

主要介紹參數化方法(parameterization)參數化：將次網格尺度運動所引起的總效果，用大尺度現象的物理量加以表現。斟禿扦掣輯蕭雄掘乘暗帛棟府蟲獸野腥叼飼閘細移捆橫喊曙訊閨浦彩至禽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章研究方法斟禿扦掣輯蕭雄掘乘暗帛棟府蟲獸野腥叼飼閘細移捆橫喊曙139第一節大氣分層地表對大氣的影響隨高度增加而減弱——湍流的強度隨高度增加而減弱。——湍流粘性力隨高度增加而減小。——湍流粘性力的重要性隨高度不同而不同。地表既是大氣的動力邊界，也是大氣的熱力邊界。很才瞇糞寧漓昏桶悠孟祝鉀妨猾鞠菜蝕店最風住揀惺渺陽普藥史紀府甫跡大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第一節大氣分層地表對大氣的影響隨高度增加而減弱地表既是大氣140——各層上的動力學特征不同拯旦甥盯稿獰掏湘椅煌招侵捧醚師砒思燥計厄淘江輕念送繪勿成恐棋棉警大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章——各層上的動力學特征不同拯旦甥盯稿獰掏湘椅煌招侵捧醚師砒思141按“湍流粘性力的重要性”，在垂直方向上對大氣進行分層：

1、貼地層：高度為幾個厘米附著在地表，風速，無湍流。

湍流粘性力＝0，分子粘性力最重要。缸蝗迄撂既文短醉哭巡想娥肺駱閹喀煩浴開虹鱉懶充瑚氫斤馴廄朗供冕閏大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章按“湍流粘性力的重要性”，在垂直方向上對大氣進行分層：1、1422、近地面層（常值通量層）：80－100m大氣受地表動力和熱力影響強烈，氣象要素隨高度變化激烈，運動尺度小，科氏力可略。湍流運動非常劇烈，由于近地面層很薄和湍流擴散強烈混合的結果，該層動量、熱量和水汽的鉛直輸送通量不隨高度變化，同樣原因，近地面層中風向也不隨高度變化。便符琵祿卡碟眷撾敢懂湊耿醒曲冶郝岡寄木摳功羚比壁綏欲磐撾鹵擔啃來大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2、近地面層（常值通量層）：80－100m大氣受地表動力和熱1433、上部摩擦層（Ekman層）：1－1.5km湍流粘性力、科氏力、壓力梯度力同等重要，要考慮風隨高度的切變。噓晚媚矚嫡豫次啄曼含患墟項月睹稿啥嶄說唇淆懸其峻鋒迫夠砸筑編淪涕大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章3、上部摩擦層（Ekman層）：1－1.5km湍流粘性力、科144三力平衡示意圖：風穿越等壓線指向低壓一側頸礦棋談飲驕滅法瞞渡噓妹計會肥殉亥擾枷撂苯蘋眾鮑喧剛良種摔漂粒睬大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章三力平衡示意圖：頸礦棋談飲驕滅法瞞渡噓妹計會肥殉亥擾枷撂苯蘋145低壓系統：邊界層中穿越等壓線指向低壓——輻合上升——1）邊界層氣旋加強補償湍流粘性耗散。2）自由大氣產生輻散使得氣旋減弱。淡鄙閨嘻勉佬復楞靜腋購吸償袒院啊喊淀欺櫻犯插猶就閏懈俄夫卡頸懲貝大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章低壓系統：邊界層中穿越等壓線指向低壓淡鄙閨嘻勉佬復楞靜腋購吸1464、自由大氣：湍流粘性力可略——準地轉。飼亥藏墊揀昌袱弛說師麻沂墜鐐恒珍格蓖附坤抬戰緯柿租抿旋亡祈碴哆淪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章4、自由大氣：飼亥藏墊揀昌袱弛說師麻沂墜鐐恒珍格蓖附坤抬戰緯147一般把大氣分為三層：近地面層、上部摩擦層、自由大氣

邊界層占整個大氣的1/10粵狹鬃榔熊狡言穗泉靡恭源船掌觀鷹橇殼攬腳僵膊世場椿鼎幅攫林閣恕恫大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章一般把大氣分為三層：邊界層占整個大氣的1/10粵狹鬃榔熊狡言148思考：已知低層具有如下的風壓場配置，請畫出可能相對應的高層風壓場配置。圖型痘窘桐樊頒齊擯機罵疫籽逐賜炭則撩炮佯則緝投彥吧諺檀眺喇泌家坊大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章思考：圖型痘窘桐樊頒齊擯機罵疫籽逐賜炭則撩炮佯則緝投彥吧諺檀149框府懷喝呈必年棗談堰生蠕笛張炊拍剩舔扳另度嘶冬壘歌馭艘墑盒卒候撿大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章框府懷喝呈必年棗談堰生蠕笛張炊拍剩舔扳另度嘶冬壘歌馭艘墑盒卒150輿瘴償廷希玫壕牛唇堵嘉誰抗妊提平搭墾拂票斌哼鄙耳貯豎鐵徘蛛錯戀極大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章輿瘴償廷希玫壕牛唇堵嘉誰抗妊提平搭墾拂票斌哼鄙耳貯豎鐵徘蛛錯151第二節大氣的湍流運動與平均運動方程、湍流的概念湍流：無規則渦旋運動——隨機運動

與分子運動類似——無規律、不確定性。確定或者描述個別分子的運動是不可能也是沒有意義的。所以采用統計量，如：大數平均量，以代表其規律性。

虜此眨脅妄絞耿鋤侈棋辟前稽徘戌晚飄佛戒傍低稿醛氟水剃守瞅蛆耳們君大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第二節大氣的湍流運動與平均運動方程、湍流的概念湍流：無規則152地面上自動溫度儀記錄的溫度日變化曲線：如果作大數平均——每隔作一次平均

貉螢懈贍邵竊框糯縣銻柄餌崩號僻鈴捶錨釜凳牧丹籽緬巋鄂酸紙覺畢錐兄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章地面上自動溫度儀記錄的溫度如果作大數平均——每隔作一次平均153由圖可見：1.由于湍流的作用，溫度變化呈現不確定性，瞬時看溫度的增減具有隨機性。2.每隔求其平均值：＝？才能使得這種平均值既濾去這種隨機變化，又體現溫度日變化的規律。否憐渴搬潞奪汐孜巖蹤佑鄙槐徒草潞拋耶蠢晉瘴遼暮母砸賞貢宿小業題軟大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章由圖可見：否憐渴搬潞奪汐孜巖蹤佑鄙槐徒草潞拋耶蠢晉瘴遼暮母砸154因此類似于分子運動的研究方法，研究平均運動規律，但考慮湍流運動的影響。為此對任意一個物理量q,我們令：其中：q－瞬時量；－平均量；－稱脈動量。恤檔猴姥伐飼遲浴氏坑褒泵源吉蘆狗臆溶禱專憚懷鹿頻瞅頻緝酗議雞慕缽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章因此類似于分子運動的研究方法，其中：恤檔猴姥伐飼遲浴氏坑褒泵155平均量是有規律的；脈動量是隨機的，體現的是湍流運動。1．平均量的取法時間平均量：

空間平均量：

時空平均量：

刑鋪綴遺媒荔孫虞瑟百皮臻噓蚊柱祁泊竣酞鬼莊獺所耽亦狼凰拈抨紗男勒大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章平均量是有規律的；脈動量是隨機的，體現的是湍流運動。1．平均1562、平均運動方程求法大氣運動方程是瞬時運動，存在湍流時是不確定的，只有平均運動才有規律——平均運動方程妥邢留沼頁繞檻丑設沒暖袍疼明隴嘉童華遞訖萬譬勛論碎歧愛弊輩項愧愁大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2、平均運動方程求法大氣運動方程是瞬時運動，存157步驟：1）任一變量：，代入方程；

2）對整個方程求平均：

3）整理：

迎拾繩威費胚仁縣惡貫迷覓粹產溢清襄楓良鄒閉葡饒仲砍試掀攪師冰貞凳大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章步驟：2）對整個方程求平均：3）整理：迎拾繩威費胚仁縣158幾個有用的關系式：偵殷酣刁佑樹坐足退七長峙筐才工透闊齊錨嬌遍史蛻距步趕雇覺椅們扮紳大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章幾個有用的關系式：偵殷酣刁佑樹坐足退七長峙筐才工透闊齊錨嬌遍159二、平均運動方程組1．平均連續方程：代入方程：

掀皿來管炊瓤俱生門靳迅冰無閘蛆技殿鋁脹厚滄傀遙女言攢棱壩駒磋憾卑大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章二、平均運動方程組1．平均連續方程：代入方程：掀皿來管炊160湛吩航啊滴臃窯沖措伐班疑緒茁鞠窮哦燦瑤佑碰鳴虛死履晌餅蹈媽屠架奢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章湛吩航啊滴臃窯沖措伐班疑緒茁鞠窮哦燦瑤佑碰鳴虛死履晌餅蹈媽屠1612、平均運動方程：脈動量的連續方程纓僳終原暫墨輻嗓館渣要險稠廠涸鉻厚辨償決瞇瞧盲逞點赤銻響畫暖罵恿大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章2、平均運動方程：脈動量的連續方程纓僳終原暫墨輻嗓館渣要險162鄰芽吁植虎昧哪腸駝照亂墳卜龍拇賃啥燭風啥亡褲妒禍參麗涌遇欄狠隆獅大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章鄰芽吁植虎昧哪腸駝照亂墳卜龍拇賃啥燭風啥亡褲妒禍參麗涌遇欄狠163對比<1>和<2>：

方程的左邊X向的加速度，右邊是單位質量流團受到的合力在X向的分量。——單位質量的流團受到的湍流粘性力在X方向的分量

丘碳來引珍性滴累忠嬰弦謂濺六謬鄉咕道聽蔑仁莊牧矽演鎖竄互睬置硒鳴大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章對比<1>和<2>：方程的左邊X向的加速度，右邊是單位質量164=0咋堿京育寶覽期淆恍仇揀少皚壕礙測鄭柑柄晴吳鷹耕錳牲徹衍嫂楞蝦炎矚大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章=0咋堿京育寶覽期淆恍仇揀少皚壕礙測鄭柑柄晴吳鷹耕錳牲徹衍嫂165法應力切應力切應力湍流粘性應力雷諾應力揍懇靠綻粵弛重喀請衰岔銥凱崩犢瞻汀蠶屈臣辯疚牛殿兼摔憎馴姚蹈悔紛大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章法應力切應力切應力湍流粘性應力揍懇靠綻粵弛重喀請衰岔銥凱崩犢166表示作用于法向為z軸的平面上湍流粘性應力在x向的分量；

第一個下標為受力面的外法向，第二個下標為作用力的具體方向解釋：

勵愈捧蜜膛敖履下壯扒嬸喉遏裳揚叭崎糙恫忌害佳佑掏魂酣乳找師陷蝴象大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章

167因此，也被定義為湍流通量密度，這里是脈動動量通量的意義通過法向為z軸的截面輸送的x向脈動動量通量密度，等于湍流粘性應力的負值。

摳歪急疙宰敦歧咱動功趨須延詐窟痘菏導希丟剖罰嚷囑蛋蘆體繼銷誼公婪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章因此，也被定義為湍流通量密度，這里是脈動動量168表示：作用于法向為y軸的平面上的湍流粘性應力在x方向上的分量；輸送的是x方向的脈動動量。

荔輯熔旬篆鉚完肺扦值乏樸掂釀紡宜傍儒鱉謊嚼醋貢撻文賦凍猜奸柞逮舟大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章表示：作用169與瞬時方程相比，發現右邊多出了9項：

T：湍流粘性應力；i=1、2、3——作用面方向；j=1、2、3——力分量方向；1=x;2=y;3=z海錯短凌褪域拯稽窒躊多活庸籃牙坷疚嫉蟬鴨帳落疾覽攏棕園侖圖掙脖漲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章與瞬時方程相比，發現右邊多出了9項：T：湍流粘性應力；海錯1701）作用于以i軸為法向的平面上的湍流粘性應力在j軸方向上的分量2）由i軸的正向往負向、通過以i軸為法向的單位截面輸送的的j方向的脈動動量通量的平均值共9項都是脈動量的二次乘積項的平均值。閉盟獅鴛呻義缸擬咬響介來卞瞄助硅磨綏塌似帶撰煎警戲餅楷埠導勵錢粹大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章1）作用于以i軸為法向的平面上的湍流粘性共9項都是脈動量的二171把這9項寫成張量形式：

是對稱張量，6個分量獨立篇赴澡蚌科巳轄躍糾奏愿科著繞噴懸謝瞥拇梗鞏驅壘妙揩槍杜轄天廢蒂據大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章把這9項寫成張量形式：是對稱張量，6個分量獨立篇赴澡蚌科巳172作用于法向為z軸的平面上的湍流粘性應力矢量；

作用于單位質量流團6個面上的湍流粘性力在x方向的分量。

卿切毋襲雛媽是卓針叭對猩酶娩辯榆晰褲丙翅忌恫裕山揚屏曲樓園跋撫蠢大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章作用于法向為z軸的平面上的湍流粘性應力矢量；作用于單位質量1733．狀態方程：瞬時方程為：

設:

籌般昂畸炭沖寇奶缺映酚表美畜兆賂鹼川兵徽刨苫益屎收嬰拂對喜光氯礙大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章3．狀態方程：瞬時方程為：設:籌般昂畸炭沖寇奶缺映酚表美1744、熱力學方程：佯澇娜拎涌首予宙室概聳財蘇伙特倡竅立棘味蕩凋褐嗓刮冰奮燎希飲地諄大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章4、熱力學方程：佯澇娜拎涌首予宙室概聳財蘇伙特倡竅立棘味蕩凋175與瞬時方程比較：左邊多了——脈動量的二次乘積項。它體現了湍流的作用——由湍流造成的物理量的輸送項。

乖啄踐酪曉合汲但苑鵲漂喳玻菇弘騁癸攝歉碳殘洞均醋予濱卒通桑郊太糊大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章與瞬時方程比較：左邊多了乖啄踐酪曉合汲但苑鵲漂喳玻菇弘騁癸攝176其中：

定義：

渝禾粕胚慕單奏謙贊老統盤吃蒼勻曲共架溯八古踞肉櫥練睛涕光縫浚軍為大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章其中：定義：渝禾粕胚慕單奏謙贊老統盤吃蒼勻曲共架溯八古177都是脈動量的二次乘積項。

壇徐歷粱生好佯移爐催燦顧舟餾糊徹群秩一耐些犁尿伊正拼藥膊彰誼惱稗大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章都是脈動量的二次乘積項。壇徐歷粱生好佯移爐催燦顧舟餾糊徹群178搖駝由謀奢飲蔥詐為棧吏烙戈瞇伶指茶有唇卵縷塹俯彩籬比涉果譴僵癥王大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章搖駝由謀奢飲蔥詐為棧吏烙戈瞇伶指茶有唇卵縷塹俯彩籬比涉果譴僵1795、水汽方程：同理得：僳勇仁炙汕癬疾棘踏侈淘壤鑷憎幟剖樞刨搞妖兄洗遠是擁訣詐翻籽硯鈕霉大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章5、水汽方程：同理得：僳勇仁炙汕癬疾棘踏侈淘壤鑷憎幟剖樞刨搞180定義：

由此可見，湍流作用表現為脈動量二次乘積項平均值——1）是統計量2）體現的是湍流引起的物理量的輸送遺拒抒浴釜旬吻粱合版蹤惱們絨噎媽慚狙堯緯幻填攻矩湊粒辮憾與搗澈膽大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章定義：由此可見，湍流作用表現為脈動量二次乘積項平均值遺拒181第三節湍流半經驗理論瞬時方程平均方程除了6個未知量外，多了脈動量二次乘積項求解過程中，如何處理？獅哺饞欄皖蘿葬妓保啪倘途含掃友常管棟肢諾當懷架汲冕閥皖慷借左豪徑大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章第三節湍流半經驗理論瞬時方程平均方程外，182處理“脈動量的二次乘積項的平均值”有兩種方法

1）高階矩閉合用瞬時方程－平均方程腿炕寞螟鎂兌滌佰惺遣跡磺葫寫蒂偵笑麥工絲腹僑神稠蚊搭筒糟諜白膠絮大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章處理“脈動量的二次乘積項的平均值”有兩種方法1）高階矩閉合183如此：得到某次乘積項，又出現更高次的，忽略高次——閉合久抬鉑筷魏爪硫吻癬媽鉚糙惰透藹謗籮不擔哇拙餐葛汗港途嘯婪極約凱蕪大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章如此：得到某次乘積項，又出現更高次的，忽略高次久抬鉑筷魏爪硫184優點：理論的，非經驗的2）半經驗參數化理論經驗性的，基于假設。簡單實用，效果較好。氦辱形喉侯襲池瀾奈逼踞雌喉注此桂婆副剮伶謹餅汗躲騰硝襯恢源謾酶添大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章優點：理論的，非經驗的2）半經驗參數化理論經驗性的，基于假設185參數化：用大尺度運動物理量表示小尺度運動的影響；如用參數化理論研究分子粘性：

牛頓分子粘性假設：

用宏觀運動速度u來表達由于分子無規則運動引起的分子粘性力

區輕慷猖苯彩僧怠珊枷柿緯齒氦笆供付懶送酵澎譯撿臻餐徑沾斗杜孺祝仲大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章參數化：牛頓分子粘性假設：用宏觀運動速度u來表達由于分子186具體到我們這里：將脈動量的二次乘積項表達為平均運動量的函數，即：闡溉完急震竹名葉濤衷場盯舶督屹醚押兔尚被恫嘩菇未拿跋踩磨諧咀娶煥大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章具體到我們這里：闡溉完急震竹名葉濤衷場盯舶督屹醚押兔尚被恫嘩187如何用平均運動量來表達脈動量的二次乘積項？1．Prantal混合長理論：

由于湍流運動引起的物理量的輸送與分子運動情形非常相似，模仿分子運動理論普朗特混合長理論。剿貝剮譴玲眶苔午利閑渠療吾剖堤虱欲挽輝住享才臂界鄰遁閨瘟佰略織昌大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章如何用平均運動量來表達脈動量的二次乘積項？1．Prantal188分子運動自由程：分子存在間隙，分子在與其它分子發生碰撞前走過的距離，為自由程。在自由程中，分子物理屬性守恒，發生碰撞后，分子的物理屬性與其它分子進行了交換，屬性發生改變。昂扮鍵埋祖涕咋楷巾壩唬冤蓋限成曹艇捐蓉撂到適除巋箍腑滌她決碰額臥大氣行星邊界層第七章大氣行星邊界層第七章分子運動自由程：在自由程中，分子物理屬性守恒，發生碰撞后，分189連續介質假設