大氣邊界層（英語(yǔ)：atmospheric boundary layer, ABL），也稱為行星邊界層（英語(yǔ)：planetary boundary layer, PBL或peplosphere），是大氣層中最接近行星表面的部分，大約占對(duì)流層的10%-20%。它是由于地表摩擦力的存在而形成的，其中存在湍流，垂直混合強(qiáng)烈，風(fēng)速、溫度和濕度等物理量快速波動(dòng)。大氣邊界層之上的部分稱為“自由大氣”，其風(fēng)速風(fēng)向近似是行星自轉(zhuǎn)引起的，即地轉(zhuǎn)風(fēng)（平行于等壓線）。
形成原因
大氣邊界層的形成主要是因?yàn)榈乇砟Σ亮Φ拇嬖凇Ｒ环矫妫砻娴目諝夥肿邮苣Σ炼鴾p慢速度，類似靜止，這些分子和流動(dòng)的分子之間不斷交換，總效果是減慢了空氣流動(dòng)。另一方面，更重要的是，在地表附近，空氣會(huì)形成一系列不規(guī)則漩渦，變?yōu)橥牧鳎瑥亩鴮?duì)空氣流動(dòng)帶來(lái)巨大阻力。
特點(diǎn)特征
從流體力學(xué)角度看，大氣邊界層氣流（即風(fēng)）有如下特點(diǎn)：
①風(fēng)速隨高度增加而逐漸增大。風(fēng)速在地表面等于零，而在大氣邊界層外緣同地轉(zhuǎn)風(fēng)速度相等。變化規(guī)律可用實(shí)驗(yàn)式表示：
式中為離地面處的風(fēng)速; 為在離地面處某參考點(diǎn)的風(fēng)速；為冪指數(shù)，隨地面粗糙度和溫度而變化。加拿大的A.G.達(dá)文波特根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，得出幾種典型地貌的值（見表）。
②湍流結(jié)構(gòu)。在大氣邊界層中，大氣流動(dòng)具有很大的隨機(jī)性，基本上是湍流流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)可用湍流度、雷諾應(yīng)力、相關(guān)函數(shù)和頻譜等表示，氣流湍流度可達(dá)20％。
③風(fēng)向偏轉(zhuǎn)。在北半球，由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力的作用，順著地面附近風(fēng)的方向看，風(fēng)向隨高度的增加逐漸向右偏轉(zhuǎn)，而在大氣邊界層外緣，與地轉(zhuǎn)風(fēng)的風(fēng)向相合，風(fēng)向偏轉(zhuǎn)角度因時(shí)因地而異，一般可達(dá)幾十度以上。
④溫度層結(jié)（即溫度梯度）。大氣溫度T隨高度z而變化，其變化率直接影響大氣的穩(wěn)定度。當(dāng)（為大氣干絕熱遞減率，約為每一百米）,大氣呈穩(wěn)定的狀態(tài)；特別是當(dāng)時(shí)，穩(wěn)定度特別大，稱為逆溫狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，大氣呈中性穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，大氣呈不穩(wěn)定狀態(tài)。
邊界層湍流是大氣邊界層的重要特征，其尺度一般較小，在200m左右，表面層湍流尺度則更小，在20m左右。湍流的存在能使不同層的流體之間互相混合，其動(dòng)能會(huì)持續(xù)性地耗散，逐漸變小，最終轉(zhuǎn)化為大氣的內(nèi)能。湍流能夠持續(xù)，其主要能量來(lái)源是太陽(yáng)輻射。
高度
大氣邊界層的高度差異很大。在陸地，邊界層高度存在晝夜變化，白天邊界層高度較高，在海洋則無(wú)顯著晝夜變化。邊界層高度也存在地域變化，一般在1~3 km，但有時(shí)也可從幾十米到4 km或更多，在青藏高原甚至達(dá)到5 km或更多。這一變化的原因之一是地面潮濕程度，邊界層在植被覆蓋的潮濕區(qū)域較低，在干燥的地方較高。例如在洋面上邊界層高度較低，這是由于水汽的豎直混合使得表面加熱效果幾乎不存在。邊界層高度還存在季節(jié)性變化，風(fēng)暴、地形、城鄉(xiāng)等因素也均能影響邊界層的高度及形態(tài)。
意義
大氣邊界層中的湍流導(dǎo)致了非常強(qiáng)的能量和物質(zhì)交換。由于地面的摩擦作用，大量大氣動(dòng)能在邊界層內(nèi)耗散掉，動(dòng)能的耗散對(duì)大尺度風(fēng)系統(tǒng)起著剎車的作用。由于強(qiáng)混合作用幾乎只存在于邊界層內(nèi)，大氣邊界層還是許多痕量氣體、氣溶膠和大氣污染物的匯。由于污染物基本存在于邊界層內(nèi)，污染物量相同情況下，邊界層高度越低，近地污染物濃度越高。在沒有逆溫且對(duì)流足夠強(qiáng)大之時(shí)，尤其是在夏季雷雨天氣，雷暴會(huì)清除污染物，將其帶到遠(yuǎn)在邊界層以上的地方。大氣邊界層的狀態(tài)還能夠影響土壤侵蝕作用。經(jīng)受熱抬升到抬升凝結(jié)高度而形成的邊界層云的形態(tài)能夠影響天氣和氣候，有些海洋區(qū)域大多數(shù)時(shí)候被其覆蓋。邊界層云還起到對(duì)陽(yáng)光的散射作用，這有利于生物圈中的光合作用，使之速率增加。
參考資料 >