109 / 2026-02-10 23:26:59

大气边界层热力、动力、物质结构相互作用机制

大气污染,热力边界层,动力边界层,物质边界层,相互作用机制,夹卷层

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.3 大气边界层和低空环境

大气边界层是与人类活动联系最为紧密的圈层，是地气能量、物质与动量垂直-水平交换最剧烈的圈层，深刻影响着天气过程的触发、气候系统的长期演变与环境污染的时空分布。探测研究复杂下垫面大气边界层热力、动力与物质结构演变规律与相互作用机制可为相关研究提供基础依据。在我国西部乌海地区（贺兰山、甘德尔山、桌子山组成的三山两谷地形，以及与乌兰布和沙漠、黄河、乌海湖交错分布，构成了非常复杂的下垫面）开展高分辨率探测发现：热力边界层高度与地面温度的日变化密切相关，夏季日间对流边界层高度能达到3500m，夜晚稳定边界层高度维持在500-1500m，逆温层高度在100-400m；冬季日间对流边界层顶部稳定在1500m左右，夜间稳定边界层高度维持在500~600m，逆温层高度在100-400m。夏季与冬季动力边界高度相近，白天湍流发展可上升至1500米，夜间层流下降到1000米左右波动；夏季因局地山谷风影响，在100-800米高度也出现层流，近地面与边界层上层出现较大风切变。物质边界层探测可以清晰判断夏季日间混合层高度最高可达3500米、冬季可达1500米；夏季夜间下降至500-1000m，也与热力边界层吻合，残留层500-1000m；冬季逆温与烟羽影响，夜间与凌晨500m以下会出现高浓度污染过程。 夏季，污染物可以通过热力对流突破动力边界层限制，进入层流传输扩散；冬季热力、动力、物质边界层均在1500m以下，污染物会被限制在1500m以内，更容易出现污染物累积。此外，分钟级/10m级高分辨率探测可以发现边界层与自由大气的动力与热力交换区/夹卷区，热力夹卷区大于动力夹卷区；而物质边界层与自由大气的气溶胶层分界线相对稳定且清晰，物质夹卷区显著弱于动力与热力。整体而言，大气边界层发展主要受热力驱动，下垫面和地形调节动力边界层结构演变，物质边界层发展受控于局地热力与动力的共同作用。科学利用边界层演变规律，精准调整大污染排放，可有效提升空气质量。