边界层问题

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1、1、压力、粘滞切应力、湍流应力有何区别？为什么说雷诺应力是流动性质，而不是流体性 质？雷诺应力应力：使物体发生形变的力。粘滞切应力压力：一种可以作用在静止流体上的应力。雷诺应力：参考问题 8，只有气体处于湍流运动时才具有雷诺应力。 粘滞切应力：只要流体存在切变运动时就存在粘滞切应力。运动可以边界层气象学导论 P672、温度、位温、虚位温(1)已知在90kPa处测得的温度为25OC,混合比为20g/kg,求虚位温。( 2) . 为什么定义了温度，还要定义位温？为什么定义了位温，还要定义虚位温？ 边界层导论P73、Boussinesq 近似 边界层气象基础 p264、准静力平衡边界层气象基础 p2

2、75、大气边界层大气边界层位于对流层的最底部,由于直接与地面相贴而强烈受到分子粘性、湍流摩擦、 辐射增热、水汽交换、物质扩散各种交换作用和地形的影响,致使湍流应力成为重要因 子而不可忽略，与之相联系形成ABL。也就是说，地面是大气的一个边界层，这个边界 上的输送过程支配和影响了大气最底层几百米-3 公里,它响应地面的作用而且时间尺度 为一个小时甚至更短。6、边界层中的风与气流第一章Ppt第12页；边界层气象学导论P37、 湍流通量 通量：单位面积，单位时间某个量的输送。 流体运动能输送物理量，产生通量：湍流动量通量：对上述两个标量的通量传输可以分解为x，y和z三个方向。风速矢量有三 个分量(u

3、、v和“)，因此对于动量通量则具有9个分量，即任一方向的气流运动可以带动U2uvuwvuV2v wwuwvw2传输u，v和w方向的动量输送，因而具有二阶张量性质。、湍流热通量：风速分量乘以热量，表示通过这个方向的单位面积所传输的热量和水汽量。(0 u, 0 v, 0 w)湍流水汽通量：风速分量乘以水汽含量,表示通过这个方向的单位面积所传输水汽量。(qu , qv, qw)8、 雷诺应力 只有当气体处于湍流运动时才有雷诺应力，湍流能够把不同风速的空气混合进入我们所考虑 的立方体。当这种不同速度的空气施加于立方体的一个面而未及于之相对的另一个面时，该 空气块会因两个面间的速度差异而变形。根据定义，

4、输送不同速度的空气穿过气块任一面的 速率，刚好就是动量通量。也就是说，湍流动量通量的作用就象是应力，故称之为雷诺应力。 由于湍流通量是一个含有九个分量的二阶张量，因此雷诺应力也是一个由九个分量组成的二阶张量，其矩阵表达式为：U2uvuwT = - pvuV2v ww uwvw29、-J混合屛近地层云下层作业：请根据晴天、小冈天气情况下 从51 5冊勤【的位温垂直廊线变化分 新大輒边界层结构的日变化残留层 程定边畀层层10、为什么近地面层是常通量层？边界层气象学基础P2811、白天为什么近地面层温度廓线呈现超绝热状态？ 白天由于地面强烈受热12、夜间有近地面层吗？高度如何确定？有，边界层气象基础

5、 P2813、地面的加热使暖空气热泡上升，地面对气流的摩擦拖曳力使风切变得以发展，常常演 变成湍流（1）为什么地面加热导致湍流产生，如何产生？热泡（2）为什么地面摩擦导致风切变，即产生湍流，如何产生？14、为什么高压区、小风、无云条件下，边界层顶出现稳定逆温层结？15、为什么这个稳定逆温层，白天称之为夹卷层，夜间称之为盖顶逆温？16、夹卷的作用是怎么样的？17、课后作业：根据下图试分析虚位温与湿度、垂直速度与虚位温以及垂直速度与湿度的 相关系数随高度变化状况。19、理解掌握湍流通量、雷诺应力20、理解平均量方程中湍流通量的物理意义21、状态方程，连续方程，动量方程，热量方程平均量方程的推导。2

6、2、在1000m的混合层中，在高度z=300m处观测到下列情况： dU / dz = 0.01s -1, 二 25oC,內二 0.15 Km / su w = 一0.03 m2 / s2此外，地面位温热通量是024Km/s，如果忽略气压和湍流输送，那么（1）（2）（1）在 z=300m 处维持定常状态要求多大耗散率？ 归一化TKE项的值是多少？ 解：根据题意可知,定常湍流输送项为0Q（wp丿丸 _ gdu w u u w dt0dzdzpdzv1 d wp/计算可得：=w0 4.93 x10-3m2s-3 0vuw巴3 x104m2s-3 dzs 5.23 x10-3 m2 s -323、层结

7、稳定度24、飞机不都是在平流层飞？平流层很稳定，也有晴空湍流吗？25、如何理解：静力不稳定气流总是动力不稳定的，而静力稳定时，大气由于切变运动可 产生动力不稳定。26、湍流产生的原因热力作用低层大气（边界层）地表热力性质不均一 自由大气空气中垂直温度分布差异所造成的大气层结不稳定动力作用 贴地层地面摩擦、地形起伏可引起小尺度湍流，其强度随风速、地面粗糙程度据或地 形起伏特征及大气稳定度而变化大气中切变湍流，开尔文亥姆霍次不稳定波27、平均量方程的推导28、平均量方程、湍流脉动方程、方差方程及湍能方程的推导步骤（掌握）29、平均量方程中湍流通量项的物理意义（理解）30、湍能方程中各项的物理意义及变化（掌握）31、摩擦速度、温度尺度、湿度尺度的定义（掌握）32、理解静力稳定度及动力稳定度（理解）33、大气稳定层结的判据（掌握）：通量 Richardson 数、梯度 Richardson 数、 整体 Richardson 数稳定度参数、Obukhov长度34、闭合理论（了解）：闭合理论是什么？为什么出现闭合问题？