初论地表粗糙度

粗糙度是流体力学引进的一个重要参数,是现代地球表面各种物质流运动研究中不可或缺的一个重要概念。它在定床流动中曾获得巨大的成功,但在动床及所谓零位移较大的粗糙面上,表现出其局限性。文章在系统阐述了空气动力学意义上粗糙度概念的由来及其物理意义;在总结某些学科领域中粗糙度的应用成果基础上,发现对于定床,地表粗糙具有地表阻力系数特性,它比地表物体群落平均高度小一个量级;而对于动床,粗糙度则更具有阻力系数的特性,它与超出临界摩阻之值成正比;至于植被地表的粗糙度则近似于定床,但它要从零平面位移高度算起。因此,地表粗糙度概念的进一步完善应从地表阻力系数和实验研究入手,并加强自然界和室内实验室的观测和实验以获得相应系数的变化规律,最终解决粗糙度本身和流体力学相关的理论和实践问题。