京津冀地区大气边界层和大气环流特征研究

京津冀地区已构成了中国北方最重要的城市群落，在国家政治、经济和国际交流中发挥着重要作用，同时由于京津冀地区所处的地理环境原因，对区域天气、气候、环境及其可持续发展的影响已引起了国家和部门的高度重视。因此，本项目将建立城市复杂下垫面参数化方案和城市陆面过程、大气边界层和、大气扩散模式与中尺度气象模式（WRF V2.2）耦合系统，并应用此系统模拟研究京津冀城市群地区城市化发展对不同季节典型天气条件下的大气边界层结构和大气环流特征，山谷风、海陆风和城市热岛环流的强度、尺度及其相互作用的大气动力学过程，及其对海陆风、山谷风、城市热岛环流、大气边界层结构和大气污染物扩散和大气环境质量的影响。该研究对提高京津冀地区灾害性天气预报、气候变化预测、大气环境污染预报预警及其区域城市规划和可持续发展都具有重要的科学意义和应用价值，因此有待于进行深入的探讨。

近30年来，京津冀地区的城市化和工业化发展十分迅速。目前，该地区已经是我国最重要的政治、经济和文化中心，在国家经济发展战略中占有重要地位。城市化和工业化在给京津冀地区带来发展红利的同时，也造成了该地区极其严重的空气污染。.京津冀地区西临太行山山脉，北靠燕山山脉，东临渤海；这种复杂的地理环境作用形成的山谷风环流、海陆风环流，对区域水汽输送、污染物的扩散和大气环境容量的季节变化具有重要影响。另外，城市热岛的存在，有可能与上述局地大气环流相互作用，对局地的污染扩散过程产生影响。京津冀地区的大气污染存在明显的季节变化，秋、冬季节的污染程度要高于春、夏季节。这种季节变化特征，可能与京津冀地区边界层过程的季节变化有关。研究和了解这些局地大气边界层过程，对于治理大气环境、预报灾害性天气过程和实现该地区的可持续发展都具有重要的意义。.为了更好地了解京津冀地区的大气边界层过程，本研究开发和构建了一系列适用于京津冀地区的多尺度大气模式，并对京津冀地区的局地大气边界层过程进行了数值模拟研究，探究了边界层过程对污染物扩散的影响。研究发现：.（1）京津冀地区主要受山谷风和海陆风环流的影响。相比于山谷风环流和海陆风环流，京津冀地区的城市热岛环流无论在强度还是尺度上都要小很多，且城市热岛环流的发展经常会受到山谷风和海陆风环流的影响。.（2）不同季节的地表热力条件和天气背景强迫对大气边界层过程有重要的影响。京津冀地区午后的大气边界层高度存在明显的季节变化，春天 > 夏天 > 秋天 > 冬天。这种大气边界层高度的季节变化对边界层内大气污染物的浓度具有调节作用。秋季频现的重污染过程与该季节内的典型大气边界层过程有关。秋季，由于大尺度的天气背景风较弱，京津冀地区的山谷风环流能得到充分的发展。午后，谷风（上坡风）环流在京津冀上空的回流分支（山区吹向平原）会将山区相对较暖的空气团带到平原上空，加强了边界层顶部附近的逆温，进而抑制了京津冀西部平原地区的边界层的发展，不利于该地区近地面污染物的垂直扩散。冬季，由于存在不利的热力条件，京津冀地区的大气边界层高度为四季最低，不利于污染物的扩散。而在春季和夏季，近地面动力条件和热力条件都比较好，有利于边界层的发展。.（3）在重污染过程中，边界层内存在的大量气溶胶会改变地表的能量平衡过程和边界层的热力结构，进而会对大气边界层过程产生影响，并有可能影响近地面气溶胶的浓度。