大氣邊界層動力學

前言

　　本書大部分取自筆者二十多年來為南京大學大氣科學系大氣物理和大氣環(huán)境及氣象學兩個專業(yè)研究生開設的“大氣邊界層動力學”課程講的內容。考慮到近年來該學科取得了很多新進展，因此本書在內容和章節(jié)安排上都作了較大改動，增加了不少新內容。特別是近年來在用動力氣象學觀點研究大氣邊界層方面取得了很多新發(fā)展，這方面我國學者取得了豐碩成果，因此本書又增加了這方面的內容（第八、第九章）。凡這方面的部分內容有的書中已有討論的（如伍榮生的《大氣動力學》），我們此處將盡量從簡，著重敘述其他書中未見的內容。關于湍流脈動場的譜分析部分，主要是資料的分析結果，在本科生教學內容中已涉及，本書只作簡略介紹，而不作詳細敘述?！　〈髿膺吔鐚觿恿W與大氣科學各部分都有密切關系，本書既考慮了它與大氣物理學有關的部分，也考慮了它與天氣動力學有關的部分?！　”緯勺鳛榇髿饪茖W類各專業(yè)研究生的教材，也可供大氣科學和相關專業(yè)的科學工作者參考。在用作教材時，可視需要而對書中內容作適當取舍?！　∮捎诤芏嘌芯砍晒堑谝淮慰偨Y于書中，難免有不妥或謬誤之處，敬請讀者批評指正。

內容概要

　　《大氣邊界層動力學》論述大氣邊界層動力學的基本原理，并盡量反映新的研究成果。內容包括近地層動力學、全邊界層相似理論及其應用、大氣邊界層閉合模式、穩(wěn)定和不穩(wěn)定邊界層的空間結構和時間演化、非均勻下墊面上的邊界層動力學、三力和四力平衡邊界層動力學、邊界層和自由大氣間的相互作用中的某些問題。大氣邊界層動力學與大氣科學各部分都有密切關系，《大氣邊界層動力學》既考慮了它與大氣物理學有關的部分，也考慮了它與天氣動力學有關的部分。《大氣邊界層動力學》可作為大氣科學類各專業(yè)研究生的教材，也可供大氣科學和相關專業(yè)，如環(huán)境保護、地理、農林、水利及相關工程科學(如風能利用、建筑設計)等部門的科學工作者參考。

書籍目錄

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程及其作用§1．3邊界層中要素廓線和時間變化§1．4大氣湍流的基本特征§1．5大氣邊界層動力學研究方法和發(fā)展概況第二章 基本方程§2．1瞬時量方程§2．2平均方程和脈動量方程§2．3二階矩方程§2．4閉合問題第三章 近地層§3．1近地層特征§3．2中性風廓線§3．3穩(wěn)定度參數(shù)§3．4非中性風溫廓線§3．5標量粗糙度§3．6近地層通量的計算參考文獻第四章 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非定常均勻時的相似理論和阻力定律§4．5簡化的塔層風廓線模式§4．6一般塔層風溫廓線模式§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大渦模擬參考文獻第六章 實際大氣邊界層的垂直結構和時間演變§6．1對流邊界層的垂直結構§6．2對流邊界層的時間演變§6．3穩(wěn)定邊界層的垂直結構§6．4穩(wěn)定邊界層的時間演變§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變化§7．2起伏地形對邊界層風的影響§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)值結果§7．5城市邊界層§7．6下墊面溫濕非均勻對大氣模式中地面通量的影響參考文獻第八章　三力和四力平衡邊界層動力學§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半地轉邊界層模式§8．4慣性力的其他處理§8．5風日變化的解析理論參考文獻第九章 邊界層與自由大氣相互作用中的一些問題§9．1邊界層頂垂直速度§9．2旋轉減弱§9．3邊界層中的鋒面§9．4大氣動能在邊界層中的耗散參考文獻

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層次，厚度約是整個大氣邊界層的1／10的量級。人類主要生活于近地層，因此它與人類生活關系最為密切，也是邊界層中研究得最充分的層次。人類認識邊界層首先從近地層開始，因為離地近，最易于觀測。近地層研究得到的結論就成為后來研究全邊界層的基礎。將近地層單獨劃分出來也因為它具有獨特的特性，而這些獨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，對它的認識已比較成熟。但對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，并且不考慮它的時間變化，其時間變化我們將在以后章節(jié)中與整個邊界層一起討論。　　§3。1近地層特征　　近地層由于薄，便產生了一個主要特征：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（如動量通量、熱量通量、水汽通量等）在近地層中可取為對高度不變的常數(shù)。我們關注這個特性的目的是由此可以引申出許多有用的結論來，近地層的已研究出的規(guī)律基本都建立在這個特性的基礎上。實際上，通量是隨高度變的，這從方程（2。2。15）就可看出，如果熱通量嚴格不隨高度變，那么近地層的溫度將不會隨時間變，顯然這是不對的。問題是，當我們在考慮另一類問題，如近地層中氣象要素的高度分布時，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)律又得到了實際觀測的證實，因而常數(shù)通量概念就被人們所接受。

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