大气边界层直接受到地表施力，包括摩擦阻力、蒸发、热传递、污染排放和地形导致的风流改变。因此，风和气流在边界层中常以三种形式出现:平均风、湍流和波动，如图10-2所示。每种气流都可以单独存在，也都可以在边界层内存在。状态量的传输，如水蒸气、热量、动量、污染，主要在水平方向由平均风完成和垂直方向由湍流完成。实际大气中，波或湍流通常是叠加在平均风速上的[89]。
图10-2 理想化的平均风a)，波b)和湍流c)，u是x轴方向的风速分量[89]
平均风使状态量在水平方向迅速传输，称为平移。在边界层内2～10m/s的风速十分常见。地表摩擦力使得平均风越接近地表速度越慢，在接近地表处为零，在边界层顶部达到地转风速值。边界层内的垂直气流很小，一般是由大尺度天气过程的流畅幅合、辐射引起，数量级在毫米每秒到厘米每秒之间，但在地形起伏的影响下局地也可产生较强的垂直气流。
波常出现在夜晚的边界层内，传输很少的热量、湿度和其他标量，如污染物，但是却能有效地传输动量和能量。波可以由本地的平均风切变和平均风跨越障碍物生成，也可以从远处的源传播过来，如雷暴和爆炸。有时大气波可能加强本地的风切变，因此波可以协同湍流对热量和污染物进行传输。(www.xing528.com)
地表附近湍流发生频率相对高得多，这也是边界层明显区别于其他大气层的特征之一。边界层以外，湍流主要发生在对流云团内或者有强烈风切变的射流（对流层顶)附近。发生湍流的大气层一般具有较强的风切变和一定的不稳定性。这些条件在大气边界层中都是具备的。大气边界层中的湍流对各种大气属性的传输起到重要作用，而湍流的传输过程又对大气边界层的形成和发展起到关键作用。
研究湍流和波的常用方法是将变量，如温度和风，拆分成平均部分和波动部分。平均部分代表平均温度和平均风的影响，而波动部分代表波动或湍流的影响。对与风资源工程来说，我们就把风数据分成平均风速和湍流，然后分别进行研究。
大气边界层中有时还存在另一种形式的波动，称之为二次涡[81]，它是一种半稳定的较大尺度的涡旋，在空间和时间分布上都比较稳定。最常见的有两种类型:一是在不稳定海洋边界层内形成的水平涡管，在两列涡管之间的相邻区域存在比较强且稳定的上升或下沉气流区，处在上升气流区的涡管顶部形成一列一列的对流带，称之为云街；第二种情况是流经二维山丘的气流，在其背风坡形成的空穴区或被风涡旋。二次涡最重要的特征是具有较强的稳定性，其生命周期可达小时数量级。
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