Planetært grenselag
Eit planetært grenselag eller atmosfærisk grenselag er den lågaste delen av ein atmosfære og er definert som det laget i ein atmosfære som vert direkte påverka av overflata i løpet av eit relativt kort tidsrom. I dette laget har fysiske storleikar som vind, temperatur, fukt osv. raske fluktuasjonar (turbulens) og den vertikale blandinga er stor. Over grenselaget har vi den frie atmosfæren der vinden er tilnærma geostrofisk (parallell til isobarane), medan vinden innanfor grenselaget er påverka av overflatefriksjon og kan blese på tvers av isobarane. Den frie atmosfæren er vanlegvis ikkje turbulent, med visse unntak.
Navier-Stokes-likningane gjev at turbulensen i det planetære grenselaget oppstår i det området nær bakken med dei største snøggleiksgradientane. Dette laget vert kalla overflatelaget og er om lag 10 % av heile grenselaget. På solrike dagar kan overflatelaget bli om lag 50 m høgt, medan det på stille, klåre netter berre er eit par meter tjukt. Over overflatelaget vil turbulensen gradvis løyse seg opp og miste kinetisk energi til friksjon, i tillegg til at noko av den kinetiske energien vert omforma til potensiell energi i ein lagdelt straum. Balansen mellom danninga av turbulent kinetisk energi og dissipasjonen av den avgjer kor høgt (eller djupt) det planetære grenselaget er. Høgda på grenselaget varierer ein god del. Ved ein viss fart, t.d. 8 m/s og turbulensen denne vinden fører til vil grenselaget i arktiske strøk vere så grunt som 50 m. Om natta på midlare breidder er grenselaget vanlegvis rundt 300 m, medan tropiske grenselag i passatvindområda i teorien kan bli så høgt som 2000 m.
I tillegg til overflatelaget består det planetære grenselaget av kjernen (mellom 10 % og 70 % av høgda på grenselaget) og toppen av grenselaget, som òg vert kalla medrivingslaget eller inversjonstoppen (mellom 70 % og 100 % av høgda på grenselaget). Laget som er aller nærmast overflata er eit svært tynt lag der varme og vassdamp vert overført ved molekylær diffusjon. Lufta i dette laget er ofte mindre enn 1 mm tjukt, og vindfarten er derfor svært liten, og straumlinjene er parallelle med overflata. Dette laget vert kalla det laminære grenselaget.
Det er fire eksterne faktorarar som avgjer kor djupt grenselaget er og den midla vertikale strukturen. (1) vindfarten i den frie atmosfæren; (2) varmebalansen på overflata (oppdrifta); (3) lagdelinga i den frie atmosfæren; (4) vertikalt vindskjer eller baroklinitet i den frie atmosfæren.
Det finst to grupper av planetære grenselag:
- Konvektivt planetært grenselag (sjå konveksjon) der oppvarming av overflata fører til termal instabilitet som lagar meir turbulens, eller til og med kraftig turbulens. Konvektive grenselag er vanleg i tropane og på midlare breidder på dagtid. Soloppvarming i tillegg til frigjeve varme frå kondensasjon av vassdamp kan danne kraftig konvektiv turbulens som strekkjer seg opp i heile troposfæren til ei høgd på 10 til 18 km (i den intertropiske konvergenssona).
- Stabilt lagdelt planetært grenselag er grenselag der stabile forhold dempar turbulensen. Dette laget inneheld berre vindskjerturbulens, og kan derfor ikkje eksistere utan vind i den frie atmosfæren. Denne typen grenselag oppstår som regel på natta og alle stader på dagtid der overflata er kaldare enn lufta over, og spelar ei viktig rolle på høgare breidder.
Fysiske lover og rørslelikningane som styrer mikrofysikk og dynamikk i det planetære grenselaget er ikkje-lineære og er avhengig av eigenskapar av overflata og prosessar i den frie atmosfæren. Dei kompliserte likningane gjer at det er svært vanskeleg å få nøyaktige utrekningar av prosessar i grenselaget, og likningane må forenklast med tilnærmingar.
Grenselaget si viktigaste rolle i atmosfæriske modellar er turbulent transport av fukt (evapotranspirasjon) og luftforureining. Skyer i grenselaget påverkar passatvindane, vasskrinslaupet og energiutvekslingar.