大氣邊界層動(dòng)力學(xué)

前言

　　本書(shū)大部分取自筆者二十多年來(lái)為南京大學(xué)大氣科學(xué)系大氣物理和大氣環(huán)境及氣象學(xué)兩個(gè)專業(yè)研究生開(kāi)設(shè)的“大氣邊界層動(dòng)力學(xué)”課程講的內(nèi)容。考慮到近年來(lái)該學(xué)科取得了很多新進(jìn)展，因此本書(shū)在內(nèi)容和章節(jié)安排上都作了較大改動(dòng)，增加了不少新內(nèi)容。特別是近年來(lái)在用動(dòng)力氣象學(xué)觀點(diǎn)研究大氣邊界層方面取得了很多新發(fā)展，這方面我國(guó)學(xué)者取得了豐碩成果，因此本書(shū)又增加了這方面的內(nèi)容（第八、第九章）。凡這方面的部分內(nèi)容有的書(shū)中已有討論的（如伍榮生的《大氣動(dòng)力學(xué)》），我們此處將盡量從簡(jiǎn)，著重?cái)⑹銎渌麜?shū)中未見(jiàn)的內(nèi)容。關(guān)于湍流脈動(dòng)場(chǎng)的譜分析部分，主要是資料的分析結(jié)果，在本科生教學(xué)內(nèi)容中已涉及，本書(shū)只作簡(jiǎn)略介紹，而不作詳細(xì)敘述?！　〈髿膺吔鐚觿?dòng)力學(xué)與大氣科學(xué)各部分都有密切關(guān)系，本書(shū)既考慮了它與大氣物理學(xué)有關(guān)的部分，也考慮了它與天氣動(dòng)力學(xué)有關(guān)的部分。　　本書(shū)可作為大氣科學(xué)類各專業(yè)研究生的教材，也可供大氣科學(xué)和相關(guān)專業(yè)的科學(xué)工作者參考。在用作教材時(shí)，可視需要而對(duì)書(shū)中內(nèi)容作適當(dāng)取舍?！　∮捎诤芏嘌芯砍晒堑谝淮慰偨Y(jié)于書(shū)中，難免有不妥或謬誤之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《大氣邊界層動(dòng)力學(xué)》論述大氣邊界層動(dòng)力學(xué)的基本原理，并盡量反映新的研究成果。內(nèi)容包括近地層動(dòng)力學(xué)、全邊界層相似理論及其應(yīng)用、大氣邊界層閉合模式、穩(wěn)定和不穩(wěn)定邊界層的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間演化、非均勻下墊面上的邊界層動(dòng)力學(xué)、三力和四力平衡邊界層動(dòng)力學(xué)、邊界層和自由大氣間的相互作用中的某些問(wèn)題。大氣邊界層動(dòng)力學(xué)與大氣科學(xué)各部分都有密切關(guān)系，《大氣邊界層動(dòng)力學(xué)》既考慮了它與大氣物理學(xué)有關(guān)的部分，也考慮了它與天氣動(dòng)力學(xué)有關(guān)的部分?！洞髿膺吔鐚觿?dòng)力學(xué)》可作為大氣科學(xué)類各專業(yè)研究生的教材，也可供大氣科學(xué)和相關(guān)專業(yè)，如環(huán)境保護(hù)、地理、農(nóng)林、水利及相關(guān)工程科學(xué)(如風(fēng)能利用、建筑設(shè)計(jì))等部門(mén)的科學(xué)工作者參考。

書(shū)籍目錄

第一章 緒論§1．1大氣邊界層的基本概念§1．2大氣邊界層的物理過(guò)程及其作用§1．3邊界層中要素廓線和時(shí)間變化§1．4大氣湍流的基本特征§1．5大氣邊界層動(dòng)力學(xué)研究方法和發(fā)展概況第二章 基本方程§2．1瞬時(shí)量方程§2．2平均方程和脈動(dòng)量方程§2．3二階矩方程§2．4閉合問(wèn)題第三章 近地層§3．1近地層特征§3．2中性風(fēng)廓線§3．3穩(wěn)定度參數(shù)§3．4非中性風(fēng)溫廓線§3．5標(biāo)量粗糙度§3．6近地層通量的計(jì)算參考文獻(xiàn)第四章 全邊界層相似理論§4．1全邊界層相似理論§4．2阻力定律§4．3相似理論和阻力定律的發(fā)展§4．4非定常均勻時(shí)的相似理論和阻力定律§4．5簡(jiǎn)化的塔層風(fēng)廓線模式§4．6一般塔層風(fēng)溫廓線模式§4．7邊界層中的湍流特征量廓線§4．8局地相似性參考文獻(xiàn)第五章 大氣邊界層閉合模式§5．1一階閉合§5．2TKE和E-e閉合模式§5．3Mellor-Yamada系列模式§5．4高階閉合§5．5非局地閉合§5．6大渦模擬參考文獻(xiàn)第六章 實(shí)際大氣邊界層的垂直結(jié)構(gòu)和時(shí)間演變§6．1對(duì)流邊界層的垂直結(jié)構(gòu)§6．2對(duì)流邊界層的時(shí)間演變§6．3穩(wěn)定邊界層的垂直結(jié)構(gòu)§6．4穩(wěn)定邊界層的時(shí)間演變§6．5低空急流§6．6植被邊界層§6．7溫度日變化的解析理論參考文獻(xiàn)第七章 非均勻下墊面上的邊界層§7．1下墊面粗糙度變化引起的風(fēng)變化§7．2起伏地形對(duì)邊界層風(fēng)的影響§7．3下墊面溫濕非均勻引起的變性——解析研究§7．4下墊面溫濕非均勻引起的變性——數(shù)值結(jié)果§7．5城市邊界層§7．6下墊面溫濕非均勻?qū)Υ髿饽Ｊ街械孛嫱康挠绊憛⒖嘉墨I(xiàn)第八章　三力和四力平衡邊界層動(dòng)力學(xué)§8．1三力平衡大氣邊界層§8．2圓形等壓線下的大氣邊界層§8．3半地轉(zhuǎn)邊界層模式§8．4慣性力的其他處理§8．5風(fēng)日變化的解析理論參考文獻(xiàn)第九章 邊界層與自由大氣相互作用中的一些問(wèn)題§9．1邊界層頂垂直速度§9．2旋轉(zhuǎn)減弱§9．3邊界層中的鋒面§9．4大氣動(dòng)能在邊界層中的耗散參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第三章 近地層　　近地層是大氣邊界層中最下面緊接地面的一個(gè)層次，厚度約是整個(gè)大氣邊界層的1／10的量級(jí)。人類主要生活于近地層，因此它與人類生活關(guān)系最為密切，也是邊界層中研究得最充分的層次。人類認(rèn)識(shí)邊界層首先從近地層開(kāi)始，因?yàn)殡x地近，最易于觀測(cè)。近地層研究得到的結(jié)論就成為后來(lái)研究全邊界層的基礎(chǔ)。將近地層單獨(dú)劃分出來(lái)也因?yàn)樗哂歇?dú)特的特性，而這些獨(dú)特的特性使其理論上的研究更為方便。如今，近地層的規(guī)律性人們已掌握得較為透徹，或者說(shuō)，對(duì)它的認(rèn)識(shí)已比較成熟。但對(duì)特殊下墊面上的近地層如冰雪、沙漠上的近地層、城市區(qū)域的近地層、各種植被上的近地層及其與下墊面的相互作用，則仍是探索中的問(wèn)題，本章我們只介紹近地層的一般規(guī)律，并且不考慮它的時(shí)間變化，其時(shí)間變化我們將在以后章節(jié)中與整個(gè)邊界層一起討論?！　　?。1近地層特征　　近地層由于薄，便產(chǎn)生了一個(gè)主要特征：常值通量，因而近地層又稱“常值通量層”。所謂常值通量是指通量（如動(dòng)量通量、熱量通量、水汽通量等）在近地層中可取為對(duì)高度不變的常數(shù)。我們關(guān)注這個(gè)特性的目的是由此可以引申出許多有用的結(jié)論來(lái)，近地層的已研究出的規(guī)律基本都建立在這個(gè)特性的基礎(chǔ)上。實(shí)際上，通量是隨高度變的，這從方程（2。2。15）就可看出，如果熱通量嚴(yán)格不隨高度變，那么近地層的溫度將不會(huì)隨時(shí)間變，顯然這是不對(duì)的。問(wèn)題是，當(dāng)我們?cè)诳紤]另一類問(wèn)題，如近地層中氣象要素的高度分布時(shí)，可以在一定近似程度上把通量看成不隨高度改變的常數(shù)，這樣可以推出一些規(guī)律，而這些規(guī)律又得到了實(shí)際觀測(cè)的證實(shí)，因而常數(shù)通量概念就被人們所接受。

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