Boundary-Layer Meteorology - 25th Anniversary Volume, 1970-1995 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Garratt, J. R.; Garratt, John R.; Taylor, P. a.

出品人:

页数:428

译者:

出版时间:1996-01-01

价格:USD 99.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792341918

丛书系列:

图书标签:

• Boundary Layer Meteorology
• Atmospheric Boundary Layer
• Micrometeorology
• Turbulence
• Atmospheric Physics
• Meteorology
• Climate
• Environmental Science
• Geophysics
• Remote Sensing

气象学的边界层：1970-1995年的科学探索与发展 引言 边界层气象学，作为研究地球大气层紧邻地表区域（即大气边界层）中各种物理过程的学科，在20世纪末迎来了其蓬勃发展的重要时期。1970年至1995年，这二十五年是大气科学研究，特别是边界层气象学领域，经历了一系列革命性变革的时代。在此期间，理论模型不断完善，观测技术日益精进，计算能力大幅提升，这些都极大地促进了对大气边界层复杂现象的理解。本文将回顾并探讨这一时期Boundary-Layer Meteorology——25th Anniversary Volume, 1970-1995所代表的科学精神和关键研究方向，但并非对其具体收录内容进行详述，而是聚焦于该时期边界层气象学的宏观发展脉络、核心议题及其对后续研究的深远影响。 大气边界层的概念与重要性 大气边界层，通常指的是从地表向上延伸至数米到数公里的厚度范围。它是大气与地表之间进行能量、动量和物质交换的关键区域。我们赖以生存的天气现象，如风、云、降水、雾，以及污染物的扩散，很大程度上都受到边界层内动力学和热力学过程的支配。因此，对边界层的深入理解，对于天气预报、气候模拟、环境科学、航空安全乃至农业生产都至关重要。 1970-1995年边界层气象学研究的核心领域 在1970年至1995年这段时期，边界层气象学研究呈现出多方面、多层次的特点。以下几个核心领域的研究取得了显著进展，并很可能在Boundary-Layer Meteorology - 25th Anniversary Volume, 1970-1995中得到了集中体现： 1. 湍流的测量与模拟 湍流是大气边界层中最普遍、最复杂的现象之一。它表现为大气中不规则、随机的运动，对能量、动量和物质的输送起着决定性作用。 观测技术的发展： 这一时期，涡动相关技术（Eddy-Covariance Technique）的成熟和普及，使得科学家们能够直接测量地表与大气之间的动量、热量和水汽通量。先进的声波探空仪（Sodar）、激光雷达（Lidar）以及各种探空设备，提供了边界层内部三维风场、温度和湿度的精细剖面信息。这些实测数据的积累，为后续理论模型的发展提供了坚实的基础。 理论模型的发展： 从早期基于普朗特混合长度理论的简单模型，到更复杂的第二矩（Second-Moment）封闭模型，以及基于大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）和直接数值模拟（Direct Numerical Simulation, DNS）等先进数值方法的研究，这一时期见证了湍流模拟能力的巨大飞跃。科学家们致力于模拟边界层内湍流结构的形成、发展以及其对平均流的影响。例如，对晴朗白天积云边界层（convective boundary layer）和夜间稳定边界层（stable boundary layer）的湍流特性研究，是这一时期研究的重点。 2. 地表能量平衡与热力学过程 地表与大气之间的能量交换是驱动边界层内许多物理过程的根本动力。 净辐射的估算与测量： 净辐射是地表获得或损失能量的直接来源。研究人员发展了更准确的计算地表短波辐射和长波辐射的方法，并利用卫星遥感技术对大范围地表的辐射收支进行监测。 潜热和感热通量的量化： 潜热通量（蒸发散）和感热通量（地表加热或冷却）是地表能量平衡的重要组成部分。涡动相关技术在此领域的应用，使得对这两项通量的直接测量成为可能。研究深入探讨了不同下垫面（如森林、农田、水体、城市）和不同气候条件下地表能量平衡的特征及其对边界层结构的影响。 边界层热力学结构的演变： 边界层内的温度、湿度剖面特征，特别是逆温层（inversion）的形成与消散，是研究边界层演变的关键。科学家们通过理论分析和数值模拟，深入研究了白天积云边界层的抬升和混合过程，以及夜间稳定边界层中地表冷却、湍流衰减和逆温发展的机制。 3. 大气成分与空气污染扩散 边界层是大气污染物排放、传输和扩散的主要区域。 污染物传输与扩散模型： 随着工业化进程加速，空气污染问题日益突出。这一时期，高斯烟羽模型、拉格朗朗模型等传统的扩散模型得到了改进和发展，同时，基于欧拉和拉格朗日方法的更复杂的数值模型也开始出现。这些模型被广泛应用于预测和评估工业排放、交通污染等源的污染物扩散情况。 气溶胶与温室气体的输送： 除了人为污染物，大气中的气溶胶（如尘埃、海盐、硫酸盐）和温室气体（如二氧化碳、甲烷）的输送和循环也受到边界层动力学的影响。研究开始关注边界层在高空输送这些物质过程中的作用，以及它们如何影响区域乃至全球的气候。 城市大气边界层： 城市地区由于其特殊的下垫面（建筑物、道路）和人类活动，形成了独特的城市大气边界层。这一时期，对城市热岛效应、污染物在城市峡谷中的滞留与扩散、以及城市边界层对城市天气的影响的研究逐渐增多，为城市规划和环境管理提供了科学依据。 4. 边界层与大气环流的相互作用 尽管边界层是大气层中相对较薄的一层，但它与中尺度甚至大尺度的大气环流系统之间存在着复杂的相互作用。 边界层对天气系统的影响： 例如，海陆风、山谷风等局部热力环流，以及它们与更大尺度天气系统（如锋面、低压）的相互作用，对区域天气变化有着重要影响。对这些现象的边界层过程研究，有助于提高中尺度天气预报的准确性。 边界层在全球气候模拟中的作用： 随着气候模型精度的提高，如何准确地将边界层过程纳入其中成为关键。这一时期，对边界层参数化方案的研究，即如何用比实际尺度更大的模型来模拟边界层内的中小尺度过程，得到了广泛关注。这些参数化方案的改进，直接影响着气候模型对地表能量平衡、云的形成以及温室气体浓度的模拟结果。 5. 新技术的应用与方法论的革新 Boundary-Layer Meteorology - 25th Anniversary Volume, 1970-1995 的出版，本身就标志着该学科在这一时期积累了丰硕的研究成果，而这些成果的取得离不开新技术和新方法的应用。 遥感技术的飞速发展： 卫星遥感提供了前所未有的全球性观测能力。地表温度、植被覆盖、气溶胶光学厚度、水汽含量等关键参数的获取，使得对大范围边界层过程的研究成为可能。 计算能力的指数级增长： 计算机性能的飞跃，使得过去难以想象的复杂数值模型成为现实。从统计模型到确定性模型，从一维到三维，从简化的参数化到精细化的数值模拟，计算能力的提升是边界层气象学取得突破性进展的重要驱动力。 数据同化技术： 将观测数据有效地融入数值模型，是提高预报准确性和模型可靠性的关键。数据同化技术在这一时期的发展，使得模型能够更好地利用日益增长的观测数据，从而更精确地刻画边界层状态。 学科交叉融合： 边界层气象学也与其他学科，如土壤科学、水文学、生态学、遥感科学等，进行了更深入的交叉融合。例如，研究植被蒸腾对边界层水汽输送的影响，就需要结合植物生理学和生态学的知识。 结语 1970年至1995年，是边界层气象学领域在理论、观测和计算能力上实现跨越式发展的黄金时期。Boundary-Layer Meteorology - 25th Anniversary Volume, 1970-1995所代表的，不仅是这一时期科学家们辛勤耕耘的学术成果，更是他们对理解我们所处的大气环境，特别是与我们日常生活最息息相关的大气边界层，所付出的不懈努力和深刻洞察。这一时期的研究奠定了当前边界层气象学研究的基础，并为未来更精确的天气预报、更可靠的气候预测以及更有效的环境管理，指明了方向。它彰显了科学研究的传承与发展，是气象学领域宝贵的知识财富。

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