미기상학 - 대기 경계층

선행학습: 미기상학 관련 용어 정리

 

대기 경계층 (Atmospheric Boundary Layer)

아래 그림:  Vertical cross-section showing the distinct nature of the turbulent boundary layer, filled with chaotic motions of many different scales, and the upper troposphere, characterized by gentle undulations. The color indicates the magnitude of the local variation of the density field, increasing from black to yellow. Simulation performed by J. R. Garcia using 5120_5120_840 grid points. (The plane on the top right corner is included for illustration purposes and it is not part of the simulations.)

출처: http://www.mpimet.mpg.de/en/communication/news/research-news-overview/small-scale-turbulence-in-the-atmospheric-boundary-layer.html

 

 

대기 경계층 구조

Planetary boundary layer (PBL) 또는 Atmospheric boundary layer (ABL) 이라 불림. 

출처: Stull (1988)

 

Boundary layer (경계층)

물체 표면과 바로 인접해 이는 유체의 층으로 정의

이 층에서는 momentum, heat, mass의 상당한 교환이 발생 (대기물리에서의 모멘텀)

속도, 온도, 질량 농도가 급격하게 변한다. 

 

 

Planetary Boundary Layer (대기 경계층)

수 시간~ 약 하루 정도 시간 규모에서 대기-지표 사이의 상호작용의 결과로 형성

지표면 마찰, 가열 등의 영향은 난류 수송(turbulent transfer)나 혼합(mixing)에 의해 즉시 전체 PBL에  전달됨.

PBL = surface layer (지표층) + outer layer (바깥층)

연직 범위:

~ 1km 정도 (중립일때)

시간에 따라서 변동. 이른 아침에 <100m , 오후에 수 km 까지 변동.

수평 범위:

수십 m ~ 수 km

 

PBLH  (Planetary Boundary Layer Height)

PBLH변동은 중규모와 종관 규모 시스템과 연관있다.

PBLH가 낮아지는 경우:

침강(하강운동)과 고기압에 의한 하층 수평 발산이 일어나는 경우 PBL은 얇아진다.

PBLH가 높아지는 경우:

구름 발달과 연관된 저기압과 관련되면 PBLH가 높아진다.

일반적으로 구름 하단을 PBL top 으로 간주 (Ceilometer 로 측정)

출처: Stull (1988)

 

대기 오염의 관점에서 PBL

대기 오염 물질이 PBL 내에서 혼합되는 층의 두께 (mixing depth)를 말한다.

일반적으로 free atmosphere 보다 훨씬 오염이 심각 (aircraft로 관측)

 

 

 

유체역학 도시 기상학적 관점에서의 PBL

 

 

 

그림 4. Fine-scale turbulent flows over bulings: The ABLE-LBM modeling results (left panel) and the building generated lee-wakes due to colder temperature near building
caused by water vapor condensation. 

 

 

 

지표층, 접지층, 거칠기층, 분자아층

 

미기상학 용어 - 접지층, 지표층, 거칠기층, 분자아층