珠三角西部干季边界层结构变化及其对空气质量影响观测研究

The dry season is the worst air quality season in the western Pearl River Delta（PRD） related to the boundary layer structure change depress the capacity of atmospheric transport and diffusion. Based on the research of 3 National Natural Science Foundation, this project studies how to quantify the influence of boundary layer structure change on the atmospheric transport and diffusion capacity and air quality. In view of the observation founds about Sanshui, Foshan, Shunde’s boundary layer structure have large temporal and spatial variation by wind profile radar and laser radar synchronous detection over the western PRD in dry season of 2015.This project is planned to set up 5 monitoring points, carried out 2 dry season’s jointly observation of boundary layer wind, temperature, humidity and aerosol fine profiles detection using 5 wind profilers, 5 laser radars, 2 microwave radiation meters and 2 sets of baseline balling wind observation and low altitude temperature sounding system. Study on the 3D structure change of the boundary layer under the process of different weather conditions .Through 6 parameters such as atmospheric boundary layer height (ABLH), the thickness of weak wind layer (CWL), recirculation factor (RF), inversion layer height (ILH), low altitude stable energy (Ew), and ventilation index (VI), the impact mechanism of boundary layer structure changes on weak atmospheric transport and diffusion ability and poor air quality will be study. The quantitative contribution to the accumulation of pollutants and air pollution formation by boundary layer structure change will be study through model simulations. This project is helpful to improve the parameterization scheme of boundary layer, to improve the fine numerical weather prediction and the level of air quality prediction and it has important theoretical significance and practical application value.

干季是珠三角西部空气质量最差季节，与边界层结构不利大气输送扩散有关。项目基于承担3项国家基金的研究积累，研究如何量化边界层结构变化对大气输送扩散和空气质量的影响。鉴于2015年干季三水、禅城、顺德3地风廓线雷达、激光雷达同步探测发现珠三角西部边界层结构特殊、时空变化大。项目拟在珠三角西部用5台风廓线雷达、5台激光雷达、2台微波辐射计以及2套小球测风和低空探空新开展2次干季边界层风、温、湿、气溶胶廓线精细探测。深入研究不同天气条件对边界层结构的影响。通过边界层高度、垂直风场小风层厚度、局地回流指数、逆温层底高度、低空稳定能量、边界层通风量6参量，探讨边界层结构变化减弱大气输送扩散能力、影响空气质量的机理。定量给出边界层结构变化对污染物积累、空气污染形成的贡献。项目成果有助改进边界层参数化方案，提高珠三角精细化数值天气预报和空气质量预报水平。有重要理论和实际应用意义。

围绕“如何量化边界层结构变化对大气输送扩散能力和空气质量的影响”科学问题，项目采用历史资料理论分析、加强观测实验研究、模式模拟研究相结合方法，利用2012年以来珠三角边界层探测历史资料、2017年干季以来珠三角风廓线雷达、气溶胶雷达、微波辐射计等定点加强观测资料，以及项目依托单位新购置车载有气溶胶激光雷达、激光测风雷达、拉曼测温雷达的环境气象综合观测车走航资料，深入研究珠三角西部地区干季边界层高度、垂直风场小风层厚度、局地回流指数、逆温层底高度、低空稳定能量、边界层通风量等参量及其对空气质量的影响。揭示了珠三角西部干季边界层结构变化及其对环境空气质量影响的机理，找到反映边界层结构变化影响大气输送扩散能力导致空气质量变化的局地回流指数、区域输送指数、稳定能量、小风层厚度、逆温层底高度、边界层高度、边界层通风量等参量（实用指标）。建立了回流指数、稳定能量在PM2.5和臭氧污染诊断中的联合应用、大气运动影响污染物输送、气象要素影响气溶胶垂直分布等概念模型，在珠三角西部干季边界层结构变化和污染气象条件预报综合参考指标方面取得突破。提出的珠三角干季污染气象条件预报综合参考指标，经广东省气象学会组织的专家鉴定认为总体达到国内先进水平，其中回流指数在空气质量分析中的应用达到国内领先水平。通过4年研究，发表高水平学术论文39篇，其中SCI论文16篇，1篇中文论文入选“中国百篇最具影响国内学术论文（2018）”。获发明专利1项、计算机软件著作权1项。有2项成果被广东省、珠三角部分市的环境气象预报业务部门应用，效果良好。在项目研究基础上，项目主持人牵头建立的“环珠江口气候环境与空气质量变化野外科学观测研究站”获批为广东省野外科学观测研究站，获批国家重点研发计划课题2项、国家基金面上项目1项。项目主要研究成果，已成功应用到2020年广东省蓝天保卫战、广州市环境空气质量全面达标保障等实践，有重要理论和实际应用意义。

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