大气边界层物理学，是研究在大气边界层中所发生的物理现象的学科，是大气物理学的一个分支。
在大气边界层中，气象要素分布具有一定的特点，如近地面层的气温、水汽含量和风速的铅直梯度特别大；风速随高度变化有其特殊规律等等。
边界层的大气，既要受气压梯度力、科里奥利力和湍流粘性力的作用，又要受地面的摩擦作用和由辐射引起的温度分布不均匀性的影响，运动非常复杂，具有涡旋和可压缩流体的湍流特征，故大气边界层物理是建立在大气湍流理论基础上的。
大气边界层物理的主要内容包括：大气边界层中的湍流特征；边界层中各物理量(如动量、热量、水汽等)的湍流输送，气溶胶、二氧化硫、二氧化碳等的湍流扩散；大气边界层内风、温度、湿度等气象要素的铅直分布及随时间的变化规律；大气边界层的辐射传输，以及蒸发、霜、露等诸天气现象等问题。
大气边界层物理需要一些非常规的气象仪器来进行探测，如气象塔上安装的能测量温度、风速等大气特性的仪器，能对这些气象要素的脉动(频率约每秒几周至每分几周)快速响应的仪器，和直接测量边界层通量的仪器等。在遥感仪器中，声雷达和调频连续波雷达都是探测边界层的有力工具。
地面的摩擦作用，使大气边界层成为大尺度运动动能的汇。地面的物理量，如动量、热量、水汽含量等，向自由大气的输送，都要通过边界层。从这种意义上讲，大气边界层又是向大气输送物理量的源。因此关于大气边界层的物理知识，对大尺度天气过程的演变、长期预报和气候理论等问题的研究，都是很重要的。
大气边界层物理的发展，还与国民经济和国防建设的发展密切相关。例如：高建筑物的风负荷；波在湍流大气中的传播；对于原子、化学、细菌战争的防护；导弹、火箭运行的气象保障，新式兵器现场使用的气象条件的研究；随着工业发展而出现的大气污染，大气公害问题的研究；农作物生长的气象条件的研究等；都与大气边界层物理的研究有关。
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