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文档简介

第八章大气行星边界层

——主要内容§1大气边界层及其特征§2湍流平均运动方程、混合长理论§3近地面风随高度的变化规律★§4埃克曼层中风随高度的变化规律★§5二级环流、埃克曼抽吸和旋转减弱★物理分析§5二级环流、埃克曼抽吸和旋转减弱

在Ekman中，三力平衡下，风要穿越等压线，从高压指向低压。

在边界层中，三力平衡下，风要穿越等压线，从高压指向低压，则气旋区产生辐合上升，反气旋区产生辐散下沉。这种边界层顶的垂直运动，称为Ekman抽吸。

相应的，自由大气中的气旋区要产生辐散，反气旋区要产生辐合，这样就在垂直面内形成闭合环流。如果将水平面上的气旋、反气旋，称为一级环流，则称这个由一级环流诱发的、在垂直面上的闭合环流，为二级环流。二级环流的作用：使边界层与自由大气发生物理量交换。(1)从角动量的角度看：结果：由自由大气向边界层输送角动量。

自由大气角动量减少，大气旋转减弱边界层角动量增加，以补偿耗散。

（2）从涡度角度看：注意：自由大气中忽略耗散，是通过与边界层发生相互作用使得大气旋转减弱，耗散发生在边界层。Ekman抽吸与二级环流风穿越等压线由高压吹向低压而输送的质量，是由v分量引起的。——考察由高压向低压输送情况。

由于穿越等压线从高压向低压输送质量，在气旋（低压）产生辐合上升，反气旋（高压）产生耗散下沉，在边界层顶产生垂直运动。由辐合量得到相应的垂直速度。

上该式表明，埃克曼层顶的垂直速度w(De)与地转风涡度g成正比。对于典型的天气尺度系统来说，g～10-5m/s，f～10-4/s，De～103m，w≈0.510-2ms-1，这与自由大气本身的垂直速度具有相同的量级。

准地转涡旋流场中，由于湍流摩擦效应将会在埃克曼层中造成强迫的铅直环流，它叠加在准地转水平环流（地转涡旋的切向环流，也称为一级环流，它是自由大气不计湍流粘性应力而形成的环流）上，称之为二级环流。二级环流是由行星边界层摩擦所驱动，所以产生此二级环流的机制称为埃克曼抽吸。二级环流示意图大气旋转减弱名次解释

1.行星边界层(PBL)2.埃克曼(Ekman)层3.上部边界层4.雷诺应力5.普朗特(Prandtl)混合长6.湍流摩擦力7.风的对数分律8.风的指数分布律9.埃克曼螺线10.埃克曼高度11.梯度风高度12.埃克曼抽吸13.一级环流14.二级环流15.旋转减弱16.埃克曼抽吸17.摩擦速度。

随高度（Z），风速C逐渐增大，当到某一高度时，风与地转风的大小相等，令该高度为Zc：Zc

略小于/2hE，为埃克曼标高的1.46倍。作业题1：

偏角随高度逐渐，风向自地面向上朝右旋转，到某一高度与地转风方向趋于一致。其中第一次与地转风方向一

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