地面粗糙度

又稱“粗糙度參數”。表示地球表面粗糙程度並具有長度量綱的特徵參數。

基本介紹

• 中文名：地面粗糙度
• 外文名：surface roughness
• 相關術語：粗糙度參數
• 學科分支：大氣物理學

描述

地面粗糙度存在兩種理解，一種是從空氣動力學的角度出發，因地表起伏不平或地物本身幾何形狀的影響，風速為0的位置並不在地表，而是在離地表一定高度處，這一高度被定義為地面粗糙度，也稱為空氣動力學粗糙度；另一種理解主要是從地形學角度出發，將地面凹凸不平的程度定義為粗糙度，也稱地表微地形。空氣動力學粗糙度並非僅僅指物體表面的粗糙程度，而主要是從流體力學的角度上指出物體表面對流經流體的影響的一個綜合力學參數。空氣動力學意義上的地面粗糙度表征的是地表與大氣的相互作用，反映地表對風速的消減作用，以及對風沙活動的影響。

計算

當下墊面為地面時，地面粗糙度代表近地面平均風速（扣除湍流脈動之後的風速）為0處的高度。它在推導風的對數定律時，作為下邊界條件引入。當下邊界平坦時，地面粗糙度較小，反之較大。表1中給出地面粗糙度的幾種代表值。

表1 地面粗糙度代表值

地面覆蓋物	粗糙度z0（米）
水面或光滑冰面（水面上z0隨風速增大而增大）	0.001
穀草地	0.1
長草地、石頭攤	0.05
牧場	0.2
城郊房舍區	0.6
森林、城市區	1～5

當地面有較高的覆蓋物（如城市建築、樹林、農作物）時，地面粗糙度表征的是與大氣接觸的覆蓋物頂部的崎嶇情況（而不是地面的情況），這時平均風速為0的高度應是地面粗糙度和一個與覆蓋物高度有關的訂正值之和。這個訂正值稱為位移長度或零平面位移，典型值為覆蓋物高度的2/3至4/5。通常用中性層結條件下觀測的近地面風速廓線由高向低延伸至風速為0處，該高度即為地面粗糙度和位移長度之和。若覆蓋物高度很低，則所得風速為0的高度就為地面粗糙度。