大气边界层
2011-12-04 21:59:13   来源：   点击：

白天地表受到太阳照射加热，温度升高；晚上则因为地表长波辐射冷却作用而降温，使得接近地表的气温呈现日变化，这种日变化是陆地上大气边界层的主要特徵。由於海水的比热大，以及海洋上层海水强烈的混合作用，使得海水表面温度日变化不明显，所以海上大气边界层的日变化也不明显。气温日变化的振幅大小随着高度的增加而很快减小，自由大气的日变化则很小。乱流旺盛也是大气边界层的重要特性。无论在陆上或海上，在高压区域因为气流沉降，边界层厚度通常比在低压区小。

在陆上高压区域，大气边界层的日夜演化，结构常比较清晰，主要包括混合层、剩余层和稳定边界层。日出後地表受热，热空气上升，冷空气下降，对流逐渐加强，各种性质近乎均匀的混合，故称之为混合层，也称为对流边界层。在混合层内为不稳定的大气，其乱流主要由对流作用主导。日出後混合层很快发展，到了下午一、两点左右，混合层高度达到最高。日落後，地表受热停止，使得混合层内的乱流强度减弱，原来为不稳定的大气，逐渐转为中性的大气；此为白天混合层的残余，故称之为剩余层。日落後，地表因长波辐射冷却，逐渐降温，在地表形成逆温，发展成为夜间地面逆温层，这一层大气非常稳定，故称之为稳定边界层，层内的乱流强度很微弱。在稳定边界层之上即为剩余层。夜间地面的风通常是微风或静风，但在稳定边界层顶常会出现很强的风速，这种现象称为夜间低层喷流。

无论在混合层或稳定边界层，从地表到约十分之一边界层厚度附近的热通量、水气通量和应力随高度的变化不大，这一层被称为地面层，或等通量层。白天在混合层顶为逸入层，夜间在剩余层顶为冠盖逆温层。

大气污染物的传送和扩散与大气边界层的风和大气稳定度有直接关系。污染物从污染源排出後，一方面随风传送，风速愈大，污染物被传送得愈远。另一方面污染物也会扩散。在混合层内的污染物，因对流混合作用，很容易均匀分布在混合层内；因此，混合层高度是空气污染预报的重要指标之一，混合层高度愈高，污染物可被稀释的空间愈大，有利於污染物的扩散，因此污染物浓度愈小；反之，混合层高度愈低，则污染物浓度愈大。在稳定边界层内，污染物不容易上下扩散，而被限制在污染源的高度上。

夜间地面逆温层会抑制污染物垂直扩散，污染物容易形成霾；清晨，由阳明山上俯视台北盆地，常可看到一片烟雾迷蒙的情景。

中文关键字： 行星边界层 , 自由大气 , 乱流 , 混合层 , 剩余层

英文关键字planetary boundary layer , free atmosphere , turbulence , mixed layer , residual layer

参考资料

1. Ahrens, C. Donald. 2007. Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment. *Belmont: Thomson Brooks/Cole.
2. Huschke, Ralph E. ed. 2000. Glossary of meteorology. Boston: American Meteorological Society.
3. Stull, Roland B. 1988. An introduction to boundary layer meteorology. Boston: Kluwer Academic Publishers.
4. Wallace, John M. and Peter V. Hobbs. 2006. Atmospheric science: an introductory survey. Amsterdam Boston: Elsevier Academic Press.
5. 〈Planetary boundary layer〉。Wikipedia。2008年9月2日读取。http://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_boundary_layer。
6. Atmospheric Boundary Layer Structure. http://lidar.ssec.wisc.edu/papers/akp_thes/node6.htm。
7. 〈atmospheric boundary layer〉。AMS Glossary。2008年9月2日读取。http: