大气边界层结构对北京臭氧垂直输送的影响

臭氧是大气中重要的痕量气体，尤其是近地面的臭氧对人类生活和生态环境都有重要影响。目前北京地区的臭氧污染状况日趋严重，除受局地的光化学生成和水平输送的影响外，臭氧的垂直输送对近地面的贡献也不容忽视。北京具有特殊的地理环境，受到山谷风、海陆风和城市热岛环流的影响，使得其大气边界层结构非常复杂，对臭氧及其前体物的积累和输送都有重要影响。本项目根据北京地区臭氧垂直输送研究相对薄弱的现状，拟利用系留艇和气袋采样相结合的方法对臭氧及其前体物开展垂直研究，大气边界层结构则利用风廓线雷达和微波辐射计资料进行分析，旨在确定典型边界层结构对北京地区臭氧及其前体物的垂直分布影响的规律，并根据不同的边界层结构类型定量计算垂直输送对地面臭氧积累的贡献。本研究结果可为控制区域臭氧污染和改进空气质量预报模型提供科学技术支持。

根据项目任务书的要求，分别在2012和2013年夏季利用系留艇，开展了臭氧垂直观测。两次实验的观测项目基本一致，包括臭氧垂直廓线、温湿压风垂直廓线，地面在线观测得到的臭氧及其前体物浓度，以及地面气象资料。根据获得的这些数据，分析了臭氧垂直分布特征，以及边界层结构变化对臭氧垂直输送的影响。主要得到以下几条研究结果：.1、夜间边界层的形成会将臭氧分成两部分，近地面臭氧受NO滴定的影响，迅速下降，而残留层臭氧整个夜间都会保持较高水平，该浓度与当日白天臭氧浓度峰值相当。.2、尽管夜间边界层比较稳定，但是残留层中的臭氧仍可以传输到地面，形成夜间臭氧次峰，该现象的主要原因是低空急流和夜间对流性天气。.3、清晨随着边界层的发展，残留层中的臭氧会传输到地面，对地面臭氧增加有重要贡献，经过个例统计，残留层输送对当日臭氧峰值的贡献平均在34%。.4、夏季黄土高原对于京津冀地区是一个巨大的热源，西风会将热空气从黄土高原水平输送到华北平原上空，容易导致华北平原出现逆温，污染物不容易对流混合，这样引起地面臭氧及其前体物浓度的积累，形成光化学污染。