边界层复习资料

第一章大气边界层基本的概念1、大气边界层定义，特征2、大气边界层的垂直分层结构，通常可分为粘性副层、近地面层、混合层3、边界层发展的日变化，陆上高压区大气边界层通常由三部分组成，对流混合层，残余层，稳定边界层4、大气边界层按稳定度分类：稳定边界层，不稳定边界层及中性边界层5、风与气流的流动形式：平均风速、波动、湍流6、自然界中的流体运动存在着两种完全不同的运动状态：层流、湍流7、莫宁-奥布霍夫（Monin－Obukhov）相似理论以及π理论是边界层湍流研究的理论基础，8、大气湍流的能量来源于机械运动作功和浮力作功两方面。9、名词解释：泰勒假说第二章湍流基础1、湍流的基本特征：随机性、非线性、扩散性、涡旋性、耗散性按照能量学的观点，大气湍流的存在和维持有三大类型：风切变产生的湍流、对流湍流、波产生湍流2、湍流的定量描述(重点掌握)：平均量和平均法则、雷诺分解、统计量、湍流尺度大气湍流中，雷诺平均通常有三种平均方式，分别是时间平均，空间平均，系统平均。第三章大气边界层控制方程（要知道出发方程都是什么，推导方法，拿出来一个方程能够识别出是什么方程，各项对应的物理意义是什么，这章会有个推导题，题目见课件）1、基本控制方程（状态方程、一个质量守恒方程（连续方程）、三个动量守恒方程（Navier-Stokes方程）、一个热力学能量方程）水汽及污染物的守恒方程形式与热量守恒形式一致通过Boussinesq近似得到简化方程，克罗内克符号，交变张量，2、平均量方程出发方程：Boussinesq近似方程组采用雷诺平均的方法，将任意一个物理量表示成平均量和脉动量之和，代入方程组，然后再取平均————大气边界层平均量控制方程，重要：在动量、热量和水汽平均方程组均出现了湍流通量散度项，表现出湍流通量对平均场动量、热量和水汽含量增减的贡献。P.S定常、水平均匀，忽略下沉，取平均风速为x轴方向几种假设的含义3、湍流脉动量方程将出发方程展开为平均量和脉动量相加的形式,与平均量方程相减，即可得到湍流脉动量控制方程。理论上，用这些脉动量的预报方程可以求解湍流的运动，但是脉动量运动的时间尺度在30分钟以下，并且空间尺度相对精细，这种尺度的求解在实际的气象应用中持续时间太短，难以直接应用～～～～湍流脉动量方程作为寻求湍流方差预报方程、湍能方程以及协方差（通量）预报方程的中间步骤4、湍流方差预报方程从湍流脉动量方程出发,乘以2u’,2q’,2θ’,2C’，再利用乘积的微分规则2ξ偏ξ=偏ξ2，进行一些改写，再求雷诺平均，再进行简化改写，即可得到湍流方差的预报方程。5、湍流通量预报方程，相对复杂仍然从湍流脉动量方程出发，先找两个扰动方程，水汽通量的预报方程：动量的脉动量方程，乘以q′，求雷诺平均，比湿的脉动量方程，乘以ui′，求雷诺平均，将两个方程相加，简化改写，即可得到湍流通量的预报方程。6、名词解释：闭合理论第四章湍流动能、稳定度和尺度湍流动能TKE收支方程（重点）：利用第三章中速度方差预报方程，将uvw三个速度方差独立分量预报方程叠加再除以2，得到TKE的收支方程，假设湍流场水平均一、忽略下沉，同时将坐标轴x取在平均风向，得到TKE方程最终表达式，各项物理意义大气稳定度（掌握）静力稳定度，动力稳定度，湍流稳定度的判定，如何理解：静力不稳定气流总是动力不稳定的；而静力稳定时，大气由于切变运动可产生动力不稳定（K-H波）。1、名词解释：π定理，理查孙数（通量，梯度，总体），通量里查森数：浮力做功与切应力做功的比值，为湍流稳定度的判据。公式是：zvwvzuwuwgRvvf/切应力做功浮力做功Rf0：静力不稳定;Rf=0：静力中性气流；Rf0：静力稳定。尺度：Monin－Obukhov长度(L)（掌握）名词解释第五章定常条件下的大气边界层1、近地层相似理论5.1.1近地层特征5.1.2中性层结（重点）：中性层结条件下的近地层风廓线典型形式——对数风廓线（记住并会运用公式进行简单计算）名词解释：摩擦速度：定义为222sswvwuu0*lnzzuusswvwu指近地面处测得的水平动量的总的垂直通量。粗糙度Z0：风速等于零的高度，称为地面粗糙度长度，简称粗糙度。粗糙度表征下垫面粗糙状况的一个特征长度，取决于地面粗糙因子，如粗糙元的几何高度、形状和分布密度。不同的下垫面具有不同的粗糙度，其值可由风洞实验或野外观测的风廓线资料求取。5.1.3非中性层结（理解掌握）近地层典型风速廓线与静力稳定度比较表示不稳定层结风速随高度变化的是哪一条？解释原因。近地层相似理论中会出一道计算题2、全边界层相似5.2.1全边界层相似理论5.2.2对流边界层（CBL）相似5.2.3稳定边界层（SBL）相似5.2.4中性边界层相似3、谱相似：湍谱图通常有3种形式：S(n)～n，半对数坐标图nS(n)～lnn，对数坐标图lnnS(n)～lnn，利用对数坐标图中划出含能区，惯性子区，耗散区湍流能量分布示意图，填空：大气湍流中，根据运动性质和能量输送关系，将各种尺度湍流分为三个特定区域，分别为第六章非定常大气边界层问题6.1地表强迫引起的非定常变化重点看：风的分布及其变化，分析边界层中风的日变化规律，并分析其原因。答：风日变化规律：1.一般情况，风速在较低高度，白天增加，晚上下降；在较高高度，白天下降，晚上增加。（2分）2．风速中间存在转换高度，风向也有相应变化。（2分）3．反转高度在213m左右。风矢端点随时间作顺时间转向，风速日变化振幅可达1~3m/s，且在边界层中部最大，两端逐渐减少。（4分）风速变化的原因在于：边界层内湍流交换系数百天大于夜晚，昼夜动量传输快慢不同。（2分）6.2对流边界层6.3稳定边界层对流（稳定）边界层概念、特征、结构、边界层的发展