大气边界层
大气边界层(ABL)是底部大气层．它的主要特征是它与地球表面在几个小时或更短的时间尺度上相互作用。因此，在表面或表面附近发射的所有成分迅速扩散到整个ABL。这种快速的相互作用是湍流的直接结果，湍流是ABL的一个基本特征。在陆地上，它的深度可以从白天的几英里到晚上的几公里不等。
地球表面附近的大气几乎总是动荡不安的;也就是说，除了可能存在的风之外，空气还在不断地进行着看似随机的运动。湍流的来源是风切变风速和方向与高度)和对流(由表面加热或加热引起的空气密度差异驱动的运动)潜在的加热从水相变化)。湍流的定义特征是它在大范围尺度上的混沌波动和它的扩散性。因此，释放到湍流流体中的微量成分迅速扩散，这种扩散的小尺度模式无法预测。由于ABL湍流的随机性和大尺度范围，ABL中的过程通常用波动的统计平均来描述。这意味着在定量解释之前，大多数ABL结构的测量需要在空间或时间上平均。
ABL顶部的特征是温度随高度升高而升高(例如密度降低)，这也限制了湍流扩展的水平。ABL是通过湍流涡将空气从覆盖的非湍流空气中带出而增长的。也就是说，ABL湍流的动能被用来克服上层空气扩散到ABL时的低密度。ABL中最低的几码到十毫米被称为表层(SL)。这一区域大约占ABL的10%，其特征是几乎恒定的垂直湍流输送和相对较大的垂直梯度;相比之下，ABL的其他地方，输运变化很大，但梯度通常很小。在这一层中，风切变是由平均风与地面以及与障碍物(如植物、建筑物、小山和海浪)相互作用引起的，是湍流的主要来源。
如果对流产生的湍流发生在ABL，它被称为不稳定或对流边界层(CBL);如果ABL的水动力分层起抑制或消散湍流的作用，则称为稳定边界层(SBL)。在典型的陆地日循环过程中，日出后的几个小时内，地表温度比上方的空气要高，并使最低处变暖空气层所以它比高空的空气更温暖，密度更小。这种相对温暖的空气上升，从而将其势能以湍流波动的形式转化为动能，在整个上午加深边界层。到下午三点左右，随着太阳加热开始减弱，边界层到达一到几英里深的平台，湍流减少。
在夜间，地表的红外冷却抑制了湍流，而地表附近的风切变仍然可以产生湍流。因此，夜间的SBL要浅得多——通常只有几厘米或更短——而且温度随高度下降的速度比白天的CBL要慢。先前在CBL内的上方空气，因此混合良好，不再是湍流。当太阳对地表重新加热时，这一残留层可能在第二天再次变成湍流。
这种日循环强烈地依赖于地表特征。例如，一个光秃秃、干燥的表面会比一个潮湿或有植物的表面更温暖。因此，在光秃秃、干燥的表面上，湍流可能会更强，边界层会更深。植被释放的水分可能会导致云在较低的高度形成，而不是在光秃秃、干燥的表面上。如果这些差异发生在一个足够大的区域，平均温度、湿度和云量可能会有显著差异。表面的水平变化可以引起ABL相应的水平变化。例如，on clear
-
- 在约占ABL 10%的表层，湍流会因丘陵等地表特征而增加。
夏天的天,积云通常被观察到优先在陆地上形成，但附近的湖泊可能保持清澈。同样，在山区地形中，云通常优先在山脊和高原上形成，而不是相邻的山谷。
在海洋上，昼夜循环是完全不同的，而且往往难以察觉。由于海洋具有比陆地大得多的有效热容量和热导率，其表面温度几乎不受每日太阳活动周期的影响。因此，ABL深度(通常约为一公里)的变化要小得多。此外，在白天，边界层空气直接被太阳加热，这通常超过了补偿长波红外()辐射冷却。在这种情况下，边界层在白天可能比晚上更稳定(对流更少)。
当ABL内的相对湿度达到100%时，云的形成，这可通过释放潜在气流而产生湍流，对其后续演变产生巨大影响凝结热地球表面的阴影和降水。所产生的云可能局限于ABL，也可能渗透到上面的大气中，这取决于天气的变化温度(密度)，高度横跨ABL顶部;顶部温度的大幅升高抑制了云的穿透，形成层状或层状云，而穿透则导致积云或垂直发展的浮云云。积云对流是这是一个重要的机制，可以将ABL的空气，以及在表面释放的微量成分，输送到上面的大气中，从而使ABL通风。
参见:大气吸收太阳辐射;积云云层;云,层云；对流;埃克曼层；红外辐射。
参考书目。J.R.高拉特，大气边界层(剑桥大学出版社，1992年);J.C. Kaimal和J.J. Finnigan，大气边界层流动:它们的结构和测量(牛津大学出版社，1994年);Zbigniew Sorbjan，大气边界层结构(Prentice Hall, 1989);R.B. Stull，边界层气象学简介(Kluwer学术出版社，1988)。
Donald H. Lenschow国家大气研究中心
继续阅读:模式的大气成分
这篇文章有用吗?