北京冬季雾霾过程边界层高度演变及其对细颗粒物浓度的影响

As a key parameter in the Planetary boundary layer (PBL), Planetary boundary layer height significantly affects the diffusion of the air pollutants and is closely related to the occurrence, development and dissipation of the haze episode. The urbanization, geography and climate condition of Beijing caused the unique evolution of the boundary layer structure during the haze episode. The objective of the study is to investigate the evolution of PBL height during typical winter haze episode and its impacts on near surface fine particle concentration. First of all, An effectively new PBL height retrieval algorithm based on Lidar observation to be proposed and applied to the high aerosol loading environment; Secondly, the characteristics of PBL height and its evolution mechanism will be investigated; Finally, Numerical experiments will be designed to evaluate integrated impacts of evolution of PBL height on near surface fine particle concentration. This study will deepen the understanding of air pollution and provide a scientific basis for the improvement of air pollution forecasting.

大气边界层高度是影响边界层内污染物稀释扩散的重要因素，与霾的发生、发展及消散密切相关。北京巨大的城市规模及特有的地理、气候条件导致了这一地区特殊的霾污染特征，同时也造成了霾污染期间边界层结构特有的演变规律。本研究拟在发展适用于高气溶胶污染状况下边界层高度反演算法的基础上，分析北京地区冬季霾期间边界层高度的演变规律及主要驱动因子，并利用数值模拟定量评估边界层高度演变对近地层细颗粒物浓度的影响。该研究将加深对霾污染的认识，并为进一步提高北京及周边地区霾污染事件的预报能力提供支撑。

大气边界层高度是影响边界层内污染物稀释扩散的重要因素，与霾的发生、发展及消散密切相关。北京巨大的城市规模及特有的地理、气候条件导致了这一地区特殊的霾污染特征，同时也造成了霾污染期间边界层结构特有的演变规律。本项目研发了适用于高气溶胶污染状况下的边界层高度反演方法，相比于传统经典算法，新算法可将相关系数从0.44提高到0.91，并将均方根误差从643 m 减少到142 m；运用新研发的算法，分析了北京地区冬季重污染事件中边界层高度特有的演变规律，表现为：大气边界层高度整体较低，最大边界层高度仅为600 m且日变化不显著，并对其产生原因进行了初探，指出重污染事件中，850至700mb存在强暖平流造成的整体稳定层结是抑制边界层高度发展的重要原因；此外，并利用数值模拟定量评估边界层高度演变对近地层细颗粒物浓度的影响；在此基础上并进一步探讨了边界层高度演变与污染物浓度生消的密切关系。该研究将加深对重污染的认识，并为进一步提高北京及周边地区重污染事件的预报能力提供支撑。