邊界層結(jié)構(gòu)和特征參數(shù)分析？
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邊界層結(jié)構(gòu)和特征參數(shù)
受下墊面影響的幾公里以下的大氣層稱為邊界層，大氣邊界層是對流層中最靠近下墊表面的氣層，通過湍流交換，白晝地面獲得的太陽輻射能以感熱和潛熱的形式向上輸送，加熱上面的空氣，夜間地面的輻射冷卻同樣也逐漸影響到上面的大氣，這種熱量輸送過程造成大氣邊界層內(nèi)溫度的日變化。另一方面，大型氣壓場形成的大氣運(yùn)動動量通過湍流切應(yīng)力的作用源源不斷向下傳遞，經(jīng)大氣邊界層到達(dá)地面并由于摩擦而部分損耗，相應(yīng)地造成大氣邊界層內(nèi)風(fēng)的日變化。由于受太陽輻射、地表輻射的熱量輸送，以及地表的摩擦力等作用，形成邊界層內(nèi)的溫度和風(fēng)速的變化。
在陸地高壓區(qū)，邊界層的生消演變具有明顯的晝夜變化，晴朗天氣條件下大氣邊界層的生消演變規(guī)律見圖3-9。在日間，受太陽輻射的作用地面得到加熱，混合層逐漸加強(qiáng)，中午時(shí)達(dá)到最大高度;日落后，由于地表輻射，地面溫度低于上覆的空氣溫度，形成逆溫的穩(wěn)定邊界層;次日，又受太陽輻射的作用，混合層重新升起。
大氣邊界層的生消演變規(guī)律依賴于地表的熱量和動量通量等因素，污染物的傳輸擴(kuò)散取決于邊界層的特征參數(shù)。在《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—大氣環(huán)境》( HJ 2.2-2008)中推薦的AERMOD和ADMS模型中通過常規(guī)氣象資料計(jì)算出有混合層高度(h)、莫寧一奧布霍夫長度(Monin-Obukhov)[以下簡稱莫奧長度(Lmo)]等邊界層參數(shù)，了解這些參數(shù)的物理含義，對分析污染物傳輸擴(kuò)散很有意義。
混合層高度(h):混合層是指對流邊界層的高度，也就是在大氣邊界層處于不穩(wěn)定層結(jié)時(shí)的厚度(圖3-9)。通常晴朗白天中緯度陸地上的大氣邊界層基本上都屬于不穩(wěn)定的類型，混合層越高，對流邊界層越不穩(wěn)定，在強(qiáng)不穩(wěn)定條件下，混合層高度可達(dá)到1km以上?；旌蠈拥母叨葲Q定了垂直方向污染物的擴(kuò)散能力，通常在小風(fēng)強(qiáng)不穩(wěn)定條件下，高煙囪(100m以上)附近1 km左右有污染物高濃度聚集區(qū)，隨距離增加污染物濃度衰減很快，此現(xiàn)象也說明了在強(qiáng)不穩(wěn)定條件下，污染物在垂直方向很快擴(kuò)散到地表。
莫奧長度(Lmo)：莫寧與奧布霍夫認(rèn)為對于定常、水平均勻、無輻射和無相變的近地面層，其運(yùn)動學(xué)和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)僅決定于湍流狀況。莫奧長度(Lmo)反映了近地面大氣邊界層的穩(wěn)定層結(jié)的狀況，見圖3-10莫奧長度(Lmo)與穩(wěn)定度和混合層高度的關(guān)系。
從圖中可以看出，當(dāng)Lmo>0，近地面大氣邊界層處于穩(wěn)定狀態(tài)，Lmo數(shù)值越小或混合層高度(h)與Lmo的比值(h/Lmo)越大，越穩(wěn)定，混合層高度則越低;當(dāng)Lmo<0，邊界層處于不穩(wěn)定狀態(tài)，|Lmo|數(shù)值越小或|h/Lmo|越大，越不穩(wěn)定，混合層高度則越高;當(dāng) |Lmo|→∞，邊界層處于中性狀態(tài)，|h/Lmo|=0，此種情況下，混合層高度大約有800m。
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