中文摘要：

针对城市下垫面动力、热力作用影响大气运动、改变城市大气边界层结构特征的事实，研究持续性大雾过程中城市边界层特征对雾的生消、结构特征和近地面雾层内部的物理特征的影响。本项目以北京为例，充分考虑城市下垫面，通过引入精细城市地理信息，城市建筑物高度/密度、人为热，用地属性等，发展、改进包含精细城市冠层模式的中尺度数值系统（WRF/Noah/UCM），优化城市边界层参数方案，选用能充分反映大雾过程的物理过程和参数化方案，同化本地加密数据，针对城市下垫面特征的影响开展数值试验研究。利用北京地区各种常规气象观测和边界层加密观测资料（风廓线仪、微波辐射计、铁塔和加密自动站等），分析研究北京持续性大雾过程大气边界层结构及其演变特征。结合天气形势条件分析、边界层特征分析，研究城市边界层特征对大雾生消过程和结构特征的影响，揭示城市地区大雾的分布特征、演变规律和影响因子，探索中尺度预报模式在大雾预报中的应用。

结论摘要：

为了提高雾、霾预报预警精准性，迫切需要深入开展持续性大雾的边界层特征及形成机理研究。本项目利用加密观测数据开展持续性大雾的边界层特征研究，利用先进的数值模式开展城市下垫面对大雾生消的影响机制研究，探讨城市地区大雾形成、发展和维持的关键条件。1.通过对雾霾日气象条件的统计分析、改进包含精细城市冠层模式的中尺度模式系统（WRF/Noah/ SLUCM）开展城市下垫面对大雾生消影响的数值试验研究，得出城市下垫面使得城区近地面气温高，温度露点差大，使水汽不易凝结，相对湿度比无城市时低且增大缓慢，雾不易形成。而在雾开始消散时，城市下垫面使东南部、东部、东北部郊区雾区的气温偏低，温度露点差偏小，雾不易消散；城市下垫面使雾形成约晚2小时，使雾区向西发展减慢，使雾消散约晚20-30分钟。垂直方向上，使雾浅薄。城市白天雾霾天气不易消散、出现低能见度的时次数比郊区多，特别是中午-下午时段；2.利用城市边界层加密观测资料、结合常规高空地面气象资料，综合分析2009年11月3-8日持续性雾霾过程的形成类型、演变规律和边界层结构特征，得出整个过程是由多类型雾依次出现所造成；辐射雾，近地层湿层厚度（相对湿度≥90%）日变化明显。平流雾，湿层厚度约200-300m，日变化不明显。锋面雾，湿层厚度达到1.5km；逆温层厚度约500-600m，最厚达700-1000m。逆温层的稳定存在先后与晴夜地表辐射降温、500-1500m以上的下沉气流增温和暖湿平流作用，以及近地层的明显冷平流、其上层暖湿平流作用有关；低层大气呈明显的“上干下湿”结构。雾、霾的形成、发展和维持与逆温层厚度、逆温层持续时间有密切相关；垂直大气的小风速层（风速≤2m/s）增厚使大气水平流动性差，是雾、霾形成和维持的重要条件；利用激光雷达数据确定的大气边界层高度低且长时间稳定，高约400m高度。3.基于中尺度数值模式系统BJ-RUC v2.0开展2013年1月26-31日持续性雾（霾）过程的数值模拟，并通过水汽、动力和热力条件分析揭示大雾发展和维持的关键条件模式系统对平流雾时段（30日傍晚-31日前半夜）的雾区有较好的模拟，但未能模拟出严重大气污染时段的雾区；证实了近地层持续性东南风使950百帕以下为冷湿性大气，其上层的暖湿西南气流，造成平流雾的形成和发展。同时导致逆温层的形成和加强，使大气层结稳定度增强，有利于雾的增强和维持。