近地面层

大气边界层中稳定存在的，最接近下垫面的部分

近地面层（near surface layer）又称地面边界层（surface boundary layer）或常通量层（constant flux layer），是大气边界层中稳定存在的，最接近下垫面的部分。

定义

近地面层全称大气近地面层，是指大气边界层最接近地表面的气层，约50～100m高。因湍流动量通量(湍流切应力)、热通量和水汽通量近似不随高度变化，故又称常应力层或常通量层。该层按照稳定度性质区分为不稳定近地面层、中性近面层和稳定近地面层。由于常值通量的特性，该层中的风速、温度等廓线都有其特有的规律(如中性层结条件下，风速遵循对数律）。

特点

近地面层是湍流动量通量(湍流切应力)、热通量和水汽通量近似不随高度变化的气层。在这一层内，可以忽略地转偏向力，气压梯度力常被视为不变的原动力；湍流摩擦应力(切应力)是最主要的作用力，可认为实际上对某时刻来说，湍流摩擦应力在近地面层中不随高度而变化，因而近地面层也被称为常切应力层；重力只在垂直方向上起作用。该层中2m 以下气层与人类关系最为密切，故也有学者将其划分出来，称之为贴地层。

近地面层在不稳定或地面粗糙度大的情形下厚度较大，稳定或地面粗糙度小的时候较浅薄。近地面层不仅受地面的强烈影响，也是人类生活和生物生存的重要环境。

近地面层受下垫面的热力作用和机械作用极大，有以下显著特点：

①空气呈湍流运动，风向不易稳定，平均风向以及热量、动量、水汽或其他物质的垂直方向湍流通量，几乎不随高度改变。

②温度、湿度、风及大气稳定度日变化显著。近地面层的逆温有辐射逆温、平流逆温、融雪逆温和地形逆温等；自由大气中的逆温有乱流逆温、下沉逆温(压缩逆温)和锋面逆温等。近地面层的逆温多由于热力条件而形成，以辐射逆温为主要；自由大气中的逆温多由于动力条件而形成，以下沉逆温为主要。

③气温、风速、湿度的垂直梯度大。气温直减率常常是干绝热直减率的十几倍、几十倍，且愈近地面温度垂直梯度愈大；风速随高度增高明显加大，呈对数或指数规律。近地面层风向决定了初生毒剂云团、再生毒剂云团及生物战剂气溶胶的危害方向；风速及湍流状况，影响其扩散。近地面层风影响烟幕的传播方向和扩散。

近地面层风靠近地表面，在运动过程中由于连续不断地受地表组成物质和地表障碍物的作用，从而形成了与高空大气流动不同的特性，如具有明显的紊流性质、具有较大的风速铅直梯度等。这些特性使研究风沙运动变得困难，但是随着20世纪紊流理论和热平衡理论的不断完善，人们对风的研究已进入了一个新阶段。

研究与运用

①利用近些年来近地面层臭氧浓度和常规气象要素的观测资料，分析了温度、降水、蒸发、风向风速等气象要素对近地面层臭氧浓度的影响。结果表明，近地面层臭氧浓度随着气温的升高而升高，臭氧浓度的日变化和季节变化有同样趋势；而降水、湿度的影响刚好与气温相反；大风或有雾的天气条件也会成为近地面层臭氧浓度增高的因素，这可能与大风对引起近地面臭氧产生的前体物的搬运作用以及雾内湍流将高层臭氧向下的输送作用有关。

②不少研究学者使用小波变换方法研究了下垫面对近地面层湍流特征的影响，研究表明，各向同性系数(ISO)可以很好的描述近地面层湍流各向同性特征的日变化，其中，ISO0.7等值线可以作为一条代表性曲线来直观刻画湍流各向同性的尺度范围，在对不同风向及风向转变过程中ISO0.7等值线的变化特征进行研究后发现，ISO0.7尺度范围主要受源区下垫面特征的影响：当风从陆面吹来时，ISO0.7尺度较小；从水面吹来时，ISO0.7尺度较大；而从水陆混合下垫面吹来时，ISO0.7尺度介于陆地和水面之间；当风向在水面风和陆面风不断转变并达到均衡时的情况与水陆混合下垫面的情况较为接近；当风向持续从一种新下垫面吹向原下垫面时，ISO0.7将逐渐从原下垫面对应的尺度范围过渡新下垫面的尺度范围，

③从三维射线方程出发，经过分析和简化，得到水平非均匀大气条件下射线描迹的微分方程组，作为光学测量的理论基础。分析了温度梯度分布的一般特征；在射线弯曲的几何关系基础上，分析了折射角及折射角变化量和温度梯度的积分关系，讨论了路径加权特性，表明在非均匀并且温度梯度对光路中心不对称分布条件下，单边光学测量得不到温度梯度的区域平均值。需要通过双向对测，才能得到光路上温度梯度的算术平均。同时表明，多光源测量系统在非均匀大气近地面层得不到准确的平均温度廓线。

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