1.由下图分析晴天白天和夜间典型的风温垂直分布。
分析：大气边界层中温度层级起着重要作用，层结的稳定与否决定了湍流的强弱，也就决定了边界层中气象要素的垂直分布(廓线)。
图1.3.1是晴天白天和夜间典型的理想的风温垂直分布。在贴近地面的薄气层内(近地层SL)，白天由于地面强烈受热，形成贴近地面大气中超绝热温度递减率，而反映在位温上，即是/0zθ<，风速则随高度递增。再向上，在边界层的大部分范围内θ有一个不随高度变化的气层，风速也是如此，相应温度呈绝热下降，我们称之为混合层(ML)。其原因是强烈的湍流混合使风、位温等垂直梯度减小，造成均匀分布。
在边界层以上的自由大气(FA)中，温度恢复为自由大气的递减率，位温则随高度而增，风则接近地转风速。在自由大气与边界层间有一个过渡区域，其中各气象要素由边界层值逐渐过渡到自由大气。此层称为夹卷层(EZ)，在夹卷层中，发生着复杂的物理过程，从边界层中受热上升的气块可以穿透边界层与自由大气间的逆温而进入自由大气。同样，湍流、重力波等亦可使自由大气中具有较高位温的气块进入边界层，这种过程称为夹卷，在夹卷层中即进行着边界层与自由大气间的各种交换。
典型夜间的风温廓线从图1.3.1可看出在地面附近有一个逆温层，亦即稳定边界层(SBL)，在T和θ上均体现出来，这是由于地面强烈冷却造成地面温度低于大气造成，在其上则是一个θ随高度变化很小的“残留层”(RL)，从成因来说，白天的对流边界层在夜间由于地面降温而在近地面形成逆温，但上部一段却保持着白天混合层的特征，使θ近于随高度不
变，并且在残留层与自由大气间仍有顶盖逆温(CI)，但残留层由于逆温层的存在已与地面脱离关系，其中湍流得不到发展的动力而逐渐衰减。夜间边界层的风场由于夜间湍流弱，湍流摩擦力减小，风速与白天比得到加强，因而呈现出有最大风在某高度出现。
2.大气边界层是与人类活动关系最为密切的一层，大气边界层具有哪些基本特点？分析：大气边界层的基本特点有：
（1）运动的湍流性
大气边界层有别于其上的自由大气的基本特点就是其运动的湍流性。自由大气中也有时有“晴空湍流”存在，但不像边界层中湍流是始终占主导地位的流动。而边界层湍流运动也正是下垫面作用的结果。
在地表空气运动速度为零；在海面，海水流动速度相对于空气而言也是非常小，因而在海面也可以近似看成风速为零。而在这个零风速与边界层某个高度处的某个风速之间就会形成巨大的风切变，即大的/uz。
从动力学角度来看，气候系统中最大的摩擦在大气的最低层，在地球表面附近形成很大的风速垂直速度。根据湍流形成的条件，这种风速切变往往导致空气流动由层流状态向湍流状态转变的临界值。所以湍流运动成为行星边界层内流动的主要特征。
按流体力学的混合长理论，如果/uz越大，则由流点垂直位移形成的扰动速度'u也会越大，即越易形成湍流。这我们也可称为机械湍流，因为它纯由机械运动而形成。
地表与大气的一个重要物理性质的差别是其辐射特性。地表白天强烈吸收日光辐射，使表面增温强烈，在地表与大气间形成一个强的超绝热的温度梯度，对做向上(向下)垂直运动的气块形成一个正(负)的净浮力，使垂直运动得到加速，加剧了湍流运动，此时温度层结是不稳定的。夜间地表因长波辐射而剧烈降温，形成与白天相反的垂直温度梯度，造成与白天相反的净浮力，减弱垂直运动。此时温度层结是稳定的。这种由温度层结形成的湍流运动可称为热力湍流，它是大气所特有的。由于下垫面的这种作用使得边界层内的温度垂直梯度远大于自由大气的温度垂直梯度，因而也造成了边界层内的强湍流。
因为湍流受层结强烈影响，因而边界层内的气象要素的时空分布—它是湍流运动的直接结果---也受层结的强烈影响，这是与自由大气不同的。
（2）受下垫面的影响巨大
不同下垫面沙漠、土壤、植被、城市、水面等有不同的物理性质，它们的辐射性质、热容量、含水量、粗糙程度等均不相同，于是以后各自造成的对大气运动的动力影响及由于热力特性不同产生的不同温度状态及进而形成的不同层结状态就会造成不同的湍流，造成不同的边界层状态，因而下垫面的巨大影响是大气边界层的另一个重要特点。
（3）日变化明显
上面讲过边界层中湍流受层结的巨大影响，而层结有明显的日变化，因而边界层中湍流也有明显的日变化，从而造成了大气边界层的结构及气象要素的空间分布也有明显的日变化，这是边界层的又一特点。
3.运动的湍流性是边界层中大气运动的重要特征，分析湍流的发展过程。
'/'/vvlτ≈。扰动速度的局地梯度为'/vl，按湍流的湍流力学理论，单位质量流体湍流耗散率为22'/kvlε=，k为分子粘性系数。
设大气本身的雷诺数Re=VL/k很大，此处V和L分别是速度尺度和长度尺度，这时层流运动是不稳定的。设激发出的具有较小尺度l而速度尺度'v的扰动仍使Re1>Rec，则尺度l的湍流发展，并产生尺度更小的扰动，把能量输送到尺度更小的湍涡中，如此发展。如果把湍流场分解为不同频率或不同大小的湍涡的叠加---数学上说，就是将湍流场按频率或波数作傅里叶展开---则可见能量是由尺度大的湍涡即低频涡向尺度小的高频涡传输。从ε与l关系可见，l越小，ε越大，这样湍流在低频端获得能量而在高频端耗散。上述分析是对机械湍流而言。根据大气湍流场分析结果，机械湍流与热力湍流相比，热力湍流能量更集中于低频端，也就是说不稳定层结引起的热力湍流主要是大涡，当热力湍流强盛时，脉动场的低频部分占主要地位。
4.大气边界层的研究越来越受到人们的重视，分析研究大气边界层有何实际意义。
从历史上讲，大气边界层的动力学正是在数值预报和环保问题这两个主要研究课题的推动下发展起来的。现在大气模式越来越复杂，地气、海气耦合的模式，生物圈、水圈与大气圈耦合的模式也在蓬勃的发展之中，下垫面与大气间的耦合主要通过边界层，因此大气边界层的深入研究无疑在大气科学中占据了重要的地位，有着充分的发展前途。