京津冀地区局地环流对边界层结构和污染物输送的影响研究

Due to the rapid industrialization and urbanization of the past few decades, the Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region has become one of the most economically developed regions in China. Meanwhile, the BTH region is one of the most heavily polluted regions in China. With mountains to the west and north, seas to the east, and the vast urban agglomeration in the plains, the planetary boundary layer (PBL) in the BTH region is strongly influenced by the mountain-valley breeze circulation, sea-land breeze circulation, and urban heat island circulation. Such impacts on PBL and air quality in the BTH region are not yet clearly understood. Thus, in this study the characteristics of these local circulations in the BTH region will be systematically investigated by using the long-term near-surface measurements, fine-resolution soundings, wind profiler observations, and high-resolution numerical simulations. And then the impacts of these circulations on PBL structure and air quality in different cities of BTH will be examined. The results of this study will advance our understanding of local circulations and air pollution in the BTH region, and provide scientific support to mitigate the heavy pollution.

京津冀地区是我国经济最发达的城市群落之一，也是大气污染最为严重的地区之一。该地区靠山临海、城市化程度高，这些独特的地理条件所形成的山谷风、海陆风和城市热岛等局地环流会对空气质量产生重要影响，已受到广泛关注。但是，这些局地环流的一些时空特征、相互作用机理，及其对边界层和污染物输送的影响仍不十分清楚。本项目将通过分析长期的地面观测资料、探空资料和风廓线雷达观测资料，揭示这些局地环流（山谷风、海陆风和城市热岛）的变化规律；再结合高分辨率的数值模拟，揭示四季典型天气条件下不同局地环流的物理特征和相互作用机制，并阐明其对边界层结构和大气污染物输送的影响机理。研究结果将揭示京津冀地区复杂下垫面对边界层结构和大气污染物输送的影响，为区域大气污染防治提供科学依据。

京津冀地区是我国经济最发达的城市群落之一，也是大气污染最为严重的地区之一。该地区靠山临海、城市化程度高，独特的地理条件所形成局地环流会对边界层结构和空气质量产生重要影响。本项目基于京津冀地区的多源环境气象资料（风廓线雷达、探空资料、地面气象数据、空气质量数据和再分析资料），对北京、唐山和张家口等典型城市的局地边界层环流（低空急流、山谷风环流、背风涡旋等）进行了研究，并利用数值模式（WRF和WRF-Chem）模拟分析了局地环流对边界层结构和污染物输送过程的影响，共发表项目相关的学术论文13篇。取得研究结果主要包括：1）基于高分辨率探空资料，揭示了京津冀地区不同类型城市的边界层结构特征，并重点分析了冬奥会和冬残奥会历史同期的气象条件和气溶胶污染过程；2）结合风廓线雷达资料、探空数据和数值模式，阐明复杂地形的动力和热力效应对局地边界层结构和污染物输送过程的影响；3）通过数值模式系统评估了边界层与气溶胶辐射效应间的复杂反馈作用及其环境影响。对比模拟结果可以发现白天的气溶胶辐射效应会使北京地区的近地层变冷，边界层上部变暖，进而增强边界层的热力稳定度，并抑制污染物的垂直扩散。边界层与气溶胶间的辐射反馈与气溶胶的垂直分布联系较为紧密，当区域尺度环流能够使较多的气溶胶分布在边界层上部时，反馈作用所造成的环境影响将增强。上述研究结果不仅可以为区域大气污染的防治提供理论依据，还可以为一些重大活动（如冬奥会和冬残奥会）的环境保障提供支持。

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