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莫宁-奥布霍夫长度

/Monin-Obukhov length/
条目作者戴永久

戴永久

最后更新 2022-01-20
浏览 353
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苏联学者A.C.莫宁和A.M.奥布霍夫在分析大气近地面层的相似律时首先提出的长度尺度参数。

英文名称
Monin-Obukhov length
所属学科
力学

对于定常、水平均匀、无辐射和无相变的近地面层,该参数表征了雷诺应力做功和浮力做功的相对大小,从而决定其运动学与热力学结构和湍流状况。莫宁-奥布霍夫长度定义为:


式中为冯卡门常数;为重力加速度;为摩擦速度;为湍流热通量。分子项代表切应力做功,分母项代表浮力做功或反抗重力做功。对于湿空气需要用虚位温,比如为平均虚位温,为表面虚位温通量:


式中为位温;为绝对温度;为比湿。虚位温与位温的关系是:


其中位温,即把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压时相对应的温度,与绝对温度的关系是:


式中为气压;为基准气压,一般把定到100千帕,有时也用地面气压代替;分别为湿空气的定压比热和气体常数。

稳定度判据如下:中性稳定时,数值为无穷大;稳定时,为正;不稳定时,为负。数值越小表示近地面层越稳定(时)或越不稳定(时)。理论和实验都已证明:高度与莫宁-奥布霍夫长度的比值和理查孙数有一一对应的函数关系(见理查孙数)。许多大气近地面层的湍流参数可以无量纲化的表示为的函数。近地面层大气中与高度无关,用表示近地面层的整体稳定度,用代替理查孙数作为局地稳定度参数物理意义直观,分析推导简便。莫宁-奥布霍夫长度不但是大气近地面层,而且是整个大气边界层的基本参数。

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