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湿度调节下气溶胶光学特性对边界层发展的抑制效应

边界层,气溶胶,光学

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.1 大气物理、化学交叉

本研究基于京津冀（BTH）和长三角（YRD）区域的长期地面与遥感观测数据，结合ERA5和MERRA-2再分析资料，应用可解释的XGBoost-SHAP机器学习框架，深入探讨了大气边界层高度（PBLH）与PM_2.5的相互关系，并量化了不同气溶胶类型与气象因子的非线性相互作用。研究显示，BTH区域平均PBLH（812 m）显著高于YRD区域（687 m）。两地PBLH与PM_2.5浓度均呈显著负相关，但该相关性在YRD区域更为明显。季节分析表明，热力强迫主导夏季PBLH变化，而动力强迫在冬季尤为关键，在BTH区域更是如此。气象条件是驱动PBLH变化的主导因子，而气溶胶的光学特性则产生次要但具有区域特异性的影响：吸收性气溶胶在BTH区域对PBLH的抑制效应更为突出（贡献约7.0%），而YRD区域的PBLH对PM_2.5变化更敏感，且无单一气溶胶类型占主导地位。气溶胶吸湿性是另一关键调节机制，在高相对湿度（RH）条件下，散射性气溶胶的吸湿增长会显著增强其消光效率与单次散射反照率（SSA），从而抑制边界层发展；RH同时会削弱SSA与PBLH之间的正相关关系。化学组分分析表明，YRD区域冬季PM_2.5污染主要受硝酸盐和一次污染物贡献，与华北地区的区域输送及边界层抑制密切相关；夏季则以硫酸盐和二次有机气溶胶（SOA）为主，受高PBLH和强光化学氧化作用驱动。潜在源贡献函数（PSCF）进一步揭示了冬季污染物主要来自华北-长三角方向的输送，而夏季SOA高值区则与东南方向的海洋排放和季风环流有关。此外，不同遥感仪器（如微波辐射计）在污染条件下反演的PBLH存在差异，表明算法与原理的不确定性仍需考量。本研究阐明了气溶胶特性与气象条件（尤其是湿度）对边界层过程的耦合影响机制，强调了区域差异性，为中国东部区域大气污染防控提供了深入的科学依据。