边界层相关题目答案

1. 图横坐标为相关系数大小，纵坐标为归一化边界层高度，因此该图表示大气边界层中各

物理量相关系数随边界层高度的变化。边界层内各物理量之间的相关系数可以理解为归一化的协方差，也就是归一化的通量。

位温与湿度的归一化协方差随着高度的增加逐渐变小，在边界层下部表现为正，主要是因为由于地表的影响，白天地面温度高，地表蒸发的水汽也多，而夜间地表温度低，可蒸发的水汽也少，因此表现为正相关。而在边界层顶表现为负相关，夹卷层内空气温度高，湿度低，在层顶夹卷的作用下向下混合，使混合层内的空气温度升高，湿度降低，因为边界层顶表现为温度与湿度的负相关。而在中部，由于大气运动的连续性，逐渐由正相关转变为负相关。

垂直速度与温度的归一化协方差，在边界层中下部表现为大的正相关，主要是因为随着温度的升高垂直上升运动增加，相反温度降低，大气下沉，因此表现为正相关。边界层顶转变为负相关，是因为夹卷作用导致夹卷层内温度高的大气向下运动，因此表现为负相关。

垂直速度与湿度在边界层中下层相关系数为正，且较小，主要是因为湿度大小和垂直运动并无明显显著相关。

2. 请根据下图给出从理想状态下S1-S6时刻平均位温的垂直廓线，并根据位温廓线分析

不同时刻陆上高压架的大气边界层结构日变化如何表现。

答：S1-S6时刻位温的廓线结构如下图所示：

S1给出午后对流边界层内位温廓线，从图中可以看出，由于地表辐射增热的影响，近地层位温廓线呈现超绝热状态，具有明显的垂直梯度，近地层以上为混合层，由于午后强的湍流作用将地表的热量向上输送，且混合均匀，因此混合层内位温廓线均一，没有垂直梯度。 S2给出了稳定边界层发展初期的位温廓线，由图可见，入夜后，地面净辐射转变为负值，下垫表面冷却，导致大气边界层从下往上降温，并逐渐发展成为逆温层结的稳定大气边界层（SBL）。稳定层结时湍涡在运动中要反抗重力作功，消耗动能，从而对湍流交换起抑制作用。这就使得夜间稳定边界层的发展比白天混合层的发展要弱得多，厚度也小得多。稳定边界层以上仍保留相当厚度的白天混合层中层的等虚位温分布，称为剩余层（RL）主要为白天混合层内残余物在重力沉降的作用下向下降。

S3给出了稳定边界层继续发展，凌晨时分的虚位温廓线。与S2时刻位温廓线比较可知，随着地表辐射冷却作用的逐渐加强，稳定边界层高度升高，残余层高度下降。

S4时刻，日出之后，在地表辐射增热作用下，湍流开始发展，混合层逐渐替代底层的稳定边界层出现。

S5时候表示随着地表辐射增热作用的增强，湍流进一步发展，混合层高度逐渐升高，稳定边界层消失。

S6则给出存在边界层顶云层时的虚位温分布，CL为云层，SCL为云层下的边界层。正午，强的湍流运动导致边界层内垂直运动显著，水汽随之上升，由于边界层层顶稳定层结的阻挡，水汽在边界层顶冷凝，形成边界层云。