边边界界层层重重要要知知识识点点归归纳纳
第第一一章章
大气边界层的定义：大气的最低部分受下垫面（地面）影响的层次，或者说大气与 下垫面相互作用的层次。大气边界层的厚度差异很大，平均厚度为地面以上约1km 的范围，以湍流运动为主要特征。还可细分为近地层（大气边界层下部约1/10的厚度内）和Ekman 层。 大气边界层的主要特征：（1）大气边界层的主要运动形态一般是湍流：不规则性和
脉动性（2）大气边界层的日变化：气象要素的空间分布具有明显的日变化。
【大气边界层湍流：①机械湍流：风切变，机械运动；②热力湍流：辐射特性的差异；】
大气边界层的分层：(1)粘性副层（微观层）(2)近地层（常通量层）(3)Ekman 层（上
部摩擦层）
【(1).粘性副层（微观层）：分子输送过程处于支配地位，分子切应力远大于湍流切应力。(2).近地层（常通量层）：大气受地表动力和热力影响强烈，气象要素随高度变化激烈，运动尺度小，科氏力可略。
(3).Ekman 层（上部摩擦层）：在这一层里，湍流粘性力、科氏力和气压梯度力同等重要，需要考虑风随高度的切变。】
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大气边界层厚度：边界层厚度的时空变化很大，空间范围从几百米到几千米。海洋
上：由于海水上层强烈混合使海面温度日变化很小。 陆地上，边界层具有轮廓分明、周日循环发展的结构。
大气边界层结构：（1）混合层： （2）残留层：日落前半小时，湍流在混合层中
衰减形成的空气层，属中性层结。 （3）稳定边界层：夜间，与地面接触的残留层底部逐渐变为稳定边界层。其特点为在静力稳定大气中有零散的湍流，虽然夜间近地面层风速常常减弱或静风，但高空200m 左右，风却由于低空急流或夜间急流能达到超地转风。
第二章
湍流：流体运动杂乱而无规律性（运动具有脉动性），不同层次的流体质点发生激烈的混合现象，流体质点的运动轨迹杂乱无章，其对应的物理量随空间激烈变化。 雷诺数：——湍流判据，特征Re 数定义： =特征惯性力/特征粘性力；它表示了流体粘性在流动中的相对重要性：
（1）Re 》1，粘性力相对小（可忽略），大Re 数流体，弱粘性流；
（2）Re 《1，惯性力相对小（可忽略），小Re 数流体，强粘性流； ν
/Re UL ≡
（3）Re=1，二者同等重要，一般粘性流；
湍流的基本特征：（1）随机性；（2）非线性；（3）扩散性；（4）涡旋性；（5）
耗散性
湍流的定量描述：湍流运动的极不规则性和不稳定性，并且每一点的物理量随时
间、空间激烈变化，湍流的杂乱无章极随机性可以用概率论及数理统计的方法加以研究。大气湍流研究中常见的统计参数有方差、协方差、相关系数等。
雷诺平均： 定义平均值后，可以将湍流运动表示为：湍流运动 = 平均运动+脉动运动。雷诺平均：
大气湍流的能量谱：当湍流达到充分发展的状态时，其能谱可以分为三个区：含能
区、惯性区与耗散区。含能区——在该区内，普函数取决于风速、粗糙度和边界层厚度等特征量。惯性区——典型长度尺度（波长）比离地表面距离小。该区内湍能只是从较大的涡传递给较小的涡，能
量既不增加也不损耗，只是起到由低频向高频的惯性传递作用。该区内湍流可以近似地看做是局地各向同性。耗散区——随着涡旋尺度的减小，由于受粘滞性的影响越来越强，能量损失不断增大。该区内湍能逐渐被耗散。 湍流通量——流体运动对物理量起输运作用，产生通量。湍流运动同样具有输运作
用。通量可以分成平均和湍流两部分。对于与平均风速（即平流）有关的通量，可表示为
基本思想和方法：
1． 边界层的基本控制方程
2． 雷诺平均：把方程中的因变量展开成平均和脉动量两部分
3. 求方程的雷诺平均的湍流平均变量的方程
4．
碟形螺母5． 从步骤3方程中减去步骤5方程，得到偏离平均的湍流脉动量方程 方差方程和协方差方程的基础方程
6
7．将基础方程乘以2倍的湍流脉动量 （湍流能量方程）
Boussinesq 近似的基本假定：
淀粉牙签>dsp28121）流体中的动力粘滞性 μ=ρV 是常数；
2）流体中的分子导温系数K 是常数； 3）大气属于浅层流体，垂直范围约10 km;
4
）描写流体热力状态的特征量可以表示为：
0='a 0='a B B A b a AB +''=000()'(,,,)()'(,,,)()'(,,,)
',','p p z p x y z t z x y z t T T z T x y z t p T ρρρρ=+ =+ =+ 表示相对于基本状态的偏差量（扰动量）
其中，
第三章
质量守恒方程
平均量方程
脉动量方程
能量收支方程
热流量方程
运动方程
闭合问题：
0阶闭合：
1阶闭合：
2 阶闭合：
混合长理论：n0705
z 方向的脉动速度ω' ，造成特性量的脉动值与特性量平均值的梯度成线性比，比例
系数l' 称为混合长，这就是普朗特混合长理论的主要内容。
大气边界层运动的特点：
1）必须考虑地球自转的影响——引进柯氏力作用；
2）大气密度不均匀——垂直方向上不均匀的层结流体；
3）大气水平方向空间尺度远大于铅直方向——浅层流体；
4）大气边界层主要是湍流运动。
近地层的重要特点：
dz
q
d l q 2'='
