长江三角洲城市大气边界层高度变化及其影响机理研究

Landsurface dynamical and thermal characteristics and their variation mechanicas are the key processes influence urban synoptic and climate processes. Planetary Boundary Layer(PBL) is the level where such influeces happen. Planetary Boundary Layer Height (PBLH) is one of the most important parameters in climate system without long-term observations. This project is based on the lidar and PBL observations in Nanjing and Suzhou to carry out the following studies:(1) using the urban PBL observaitons and micro-pulse lidar to develop a new method suitable for long-term PBLH estimation; (2) analyzing the long-term trend of PBLH; (3) investigation of the influence of understand influence of local heterogeneity and related circulations. The studies will (1) develop a new PBLH determination method for lidar observations; (2)understand the influence mechanism of land surface heterogeneity on urban PBLH.

城市下垫面的热力与动力特性及其上方的大气运动特征和变化机制是支配城市天气气候过程的重要因子，它以大气边界层为纽带传递并产生影响。城市大气边界层高度及其变化是研究城市大气环境、天气气候过程和进行预测模拟的关键参数。本项目拟选取长三角地区上海、苏州、南京三城市为研究区域,利用地基激光雷达探测技术，辅以气球探空等其它观测手段,结合大涡数值模拟方法开展以下研究工作：（1）利用城市地区探空资料作城市边界层高度观测分析，发展基于激光雷达探测的大气边界层高度合理算法；（2）进行三个城市边界层高度长期(5年)变化趋势的分析；（3）研究城市热岛和水陆不均匀性等因素对大气边界层高度及其变化规律的影响。预期：（1） 建立一套基于激光雷达探测确定城市大气边界层高度的新算法；（2）探讨长江三角洲地区城市大气边界层高度变化规律以及下垫面不均匀性等对大气边界层高度震荡的影响机制。

城市下垫面的热力与动力特性及其上方的大气运动特征和变化机制是支配城市天气气候过程的重要因子，它以大气边界层为纽带传递并产生影响。城市大气边界层高度及其变化是研究城市大气环境、天气气候过程和进行预测模拟的关键参数。本项目选取了长三角地区上海、苏州、南京三城市为研究区域,利用地基激光雷达探测技术，结合数值模拟方法完成了下研究工作：（1）长江三角洲城市大气边界层高度的观测试验和基于激光雷达观测的大气边界层高度算法改进。依托上海、苏州、南京三城市现有的激光雷达观测，对比分析了不同地基遥感手段探测大气边界层高度的差异；基于二维小波变换法，建立了适合长三角地区城市区域的基于激光雷达观测的大气边界层高度确定算法。（2）长江三角洲地区城市大气边界层高度长期变化趋势的分析。针对所选的典型城市的激光雷达探测和其它辅助气象观测资料，利用项目发展的大气边界层高度算法对城市大气边界层高度进行计算，建立了该地区城市大气边界层高度数据集和辅助观测数据集，分析了大气边界层高度的年变化和季节规律，及不同天气背景下城市大气边界层高度的响应。（3）对长江三角洲地区城市大气边界层高度影响的机理研究。利用项目研究建立的长江三角洲典型城市大气边界层高度观测资料集，选取典型天气背景，结合地表常规气象站观测，不同下垫面地表通量观测，其它地基遥感观测资料分析长三角地区城市大气边界层时空特点，以及边界层结构、背景大气条件和下垫面非均匀性的相互影响关系。项目发展的新算法具有能考虑边界层高度日变化的时空趋势，稳定性好，对数据质量要求较低等特点，可广泛应用于科学研究实验和日常气象业务服务的数据分析中。项目对城市大气边界层影响机制的研究有利于理解城市复杂下垫面过程对大气边界层结构的影响，对理解相关物理机制提高城市气象服务水平有直接帮助。