2、量輸送：1、存在物理量的梯度2、從物理量大值區(qū)向小值區(qū)輸送3、邊界層中物理量的垂直梯度大，所以，輸送主要在垂直方向上。邊界層是熱量、水汽源、動(dòng)量匯研究邊界層目的：1、邊界層本身的特性：如污染物的擴(kuò)散，飛機(jī)起降、植物生長(zhǎng)等。2、在整個(gè)大氣中起重要作用：如數(shù)值預(yù)報(bào)中的物理過(guò)程描述，大氣運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)迫耗散問(wèn)題。第一節(jié)大氣分層大氣邊界層，由于受地表（固壁粗糙不平）影響－－湍流邊界層。地表對(duì)大氣的影響隨高度增加而較弱——湍流的強(qiáng)度隨高度增加而較弱?！牧髡承粤﹄S高度增加而減小?！牧髡承粤Φ闹匾噪S高度不同而不同。地表既是大氣的動(dòng)力邊
3、界，也是大氣的熱力邊界。——各層上的動(dòng)力學(xué)特征不同按“湍流粘性力的重要性”，在垂直方向上對(duì)大氣進(jìn)行分層：1、貼地層：高度為幾個(gè)厘米附著在地表，風(fēng)速，無(wú)湍流。湍流粘性力＝0，分子粘性力最重要。2、近地面層：高度為80－100m湍流運(yùn)動(dòng)非常劇烈，湍流粘性力和氣壓梯度力起主要作用，科氏力可以忽略。3、上部摩擦層（Ekman層）：高度為1－1.5km湍流粘性力、科氏力、壓力梯度力同等重要。4、自由大氣：湍流粘性力可略——準(zhǔn)地轉(zhuǎn)。一般把大氣分為三層：近地面層、上部摩擦層、自由大氣邊界層占整個(gè)大氣的1/10第二節(jié)邊界層的一般特點(diǎn)1、近地
4、面層中，氣象要素的日變化大：地表（熱容量?。捎谔?yáng)輻射作用其日變化大。——近地面層貼近地面，因而日變化大。2、近地面層中，氣象要素的垂直梯度大（與近地面層外部比；與水平方向比）3、湍流運(yùn)動(dòng)引起物理量的輸送；由于垂直梯度大，所以垂直向輸送>>水平向輸送。4、上部摩擦層中，滿足“三力平衡”：三力平衡示意圖：風(fēng)穿越等壓線指向低壓一側(cè)從能量平衡角度看：低壓系統(tǒng)：邊界層中穿越等壓線指向低壓——輻合上升——1）邊界層氣旋加強(qiáng)補(bǔ)償湍流粘性耗散。2）自由大氣產(chǎn)生輻散使得氣旋減弱。思考：已知低層具有如下的風(fēng)壓場(chǎng)配置，請(qǐng)畫(huà)出可能相對(duì)應(yīng)的高層
5、風(fēng)壓場(chǎng)配置。第三節(jié)大氣的湍流運(yùn)動(dòng)與平均運(yùn)動(dòng)方程、湍流的概念湍流：無(wú)規(guī)則渦旋運(yùn)動(dòng)——隨機(jī)運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類(lèi)似——無(wú)規(guī)律、不確定性。確定或者描述個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng)是不可能也是沒(méi)有意義的。只有統(tǒng)計(jì)量才有規(guī)律如：大數(shù)平均量?！傲鼽c(diǎn)”：流點(diǎn)的速度——流點(diǎn)內(nèi)所有分子的平均運(yùn)動(dòng)速度流點(diǎn)的溫度——體現(xiàn)流點(diǎn)內(nèi)所有分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能地面上自動(dòng)溫度儀記錄的溫度日變化曲線：如果作大數(shù)平均——每隔作一次平均可見(jiàn)：1、由于湍流的作用，溫度變化呈現(xiàn)不確定性，瞬時(shí)看溫度的增減具有隨機(jī)性。2、每隔求其平均值：＝？才能使得這種平均值既濾去這種隨機(jī)變化，又體現(xiàn)溫度日變
6、化的規(guī)律。因此類(lèi)似于分子運(yùn)動(dòng)的研究方法，研究平均運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但考慮湍流運(yùn)動(dòng)的影響。為此對(duì)任意一個(gè)物理量q,我們令：其中：q－瞬時(shí)量；－平均量；－稱脈動(dòng)量。平均量是有規(guī)律的；脈動(dòng)量是隨機(jī)的，體現(xiàn)的是湍流運(yùn)動(dòng)。1．平均量的取法時(shí)間平均量：空間平均量：時(shí)空平均量：2、平均運(yùn)動(dòng)方程求法大氣運(yùn)動(dòng)方程是瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)，存在湍流時(shí)是不確定的，只有平均運(yùn)動(dòng)才有規(guī)律——平均運(yùn)動(dòng)方程步驟：1）任一變量：，代入方程；2）對(duì)整個(gè)方程求平均：3）整理：幾個(gè)有用的關(guān)系式：二、平均運(yùn)動(dòng)方程組1．平均連續(xù)方程：代入方程：2、平均運(yùn)動(dòng)方程：脈動(dòng)量的連續(xù)方程對(duì)比<1>
7、和<2>：方程的左邊X向的加速度，右邊是單位質(zhì)量流團(tuán)受到的合力在X向的分量?！獑挝毁|(zhì)量的流團(tuán)受到的湍流粘性力在X方向的分量=0法應(yīng)力切應(yīng)力切應(yīng)力表示作用于法向?yàn)閦軸的平面上湍流粘性應(yīng)力在x向的分量；第一個(gè)下標(biāo)為受力面的外法向，第二個(gè)下標(biāo)為作用力的具體方向另外也具有脈動(dòng)動(dòng)量通量的意義通過(guò)法向?yàn)閦軸的截面輸送的x向脈動(dòng)動(dòng)量通量密度。解釋：表示：作用于法向?yàn)閥軸的平面上的湍流粘性應(yīng)力在x方向上的分量；輸送的是x方向的脈動(dòng)動(dòng)量。與瞬時(shí)方程相比，發(fā)現(xiàn)右邊多出了9項(xiàng)：T：湍流粘性應(yīng)力；i=1、2、3——作用面方向；j=1、2、3——力
8、分量方向；1=x;2=y;3=z1）作用于以i軸為法向的平面上的湍流粘性應(yīng)力在j軸方向上的分量2）由i軸的正向往負(fù)向、通過(guò)以i軸為法向的單位截面輸送的的j方向的脈動(dòng)動(dòng)量通量的平均值共9項(xiàng)都是脈動(dòng)量的二次乘積項(xiàng)的平均值。把這9項(xiàng)寫(xiě)成張量形式：是對(duì)稱張量，6個(gè)分量獨(dú)立作用于法向?yàn)閦軸的平面上的
