边界层高度下降会导致大气容量降低，使污染物难以扩散。因此，边界层高度是影响颗粒物重污染的主要气象因子。臭氧作为典型的二次污染物，其前体物氮氧化物和挥发性有机物也会因边界层高度下降而在近地面累积。因此，通常认为边界层高度与臭氧的关系亦如和颗粒物一致，呈现出随边界层高度下降而升高的趋势。
为了弄清诱发臭氧污染的边界层气象特征，大气分中心唐贵谦副研究员团队在石家庄开展了系留气艇垂直探测工作，利用小型便携设备对0-1000m内臭氧垂直廓线进行观测研究。研究发现，臭氧浓度随边界层高度升高呈现先升高后下降的趋势。为了厘清这一变化规律产生的原因，将大气边界层按照层结形成的特点区分为强迫对流边界层（机械力主导）和自由对流边界层（热力主导）。强迫对流主导时，近中性层结导致前体物迅速扩散，臭氧浓度接近背景浓度。自由对流主导时，随自由对流强度升高，氮氧化物和臭氧在边界层内垂直交换加剧，臭氧生成由VOCs控制（弱自由对流）转变为NOx控制（强自由对流），导致臭氧污染恶化（图1）。这一研究结果厘清了臭氧对边界层高度的响应机理，阐明了严重臭氧污染天气下控制NOx排放的重要性。
以上研究成果发表在Science of the Total Environment上，获得国家重点研发计划和国家自然科学基金的共同资助。
图1 强迫对流边界层（a）、强自由对流（b）和弱自由对流（c）边界层对臭氧影响示意图
论文信息：
Tang, G., Liu, Y., Huang, X., Wang, Y.*, Hu, B., Zhang, Y., Song, T., Li, X., Wu, S., Kang, Y., Zhu, Z., Wang, M., Wang, Y., Li, T., Li, X., and Wang, Y.*, Aggravated ozone pollution in the strong free convection boundary layer, Sci. Total Environ., 2021.
论文链接：
