燃煤型工业是大气污染的重要排放源，作为人为强热源对局地边界层结构产生的扰动尚不明确，研究强热源燃煤型工厂对边界层热力、动力与物质结构的影响，对认知人类活动对局地气象影响能力和污染防治有一定指导意义。

研究所辛金元研究员、马永敬副研究员等和哈佛大学、瓦赫宁根大学学者合作，采用高分辨率边界层垂直结构探测技术和大涡模拟技术，综合探测分析山西某大型钢铁厂边界层垂直结构，发现钢铁厂夜间呈现强的干热岛现象，温度较周边农田高3-10度，湿度低30%-60%。日出，太阳辐射引发的对流活动可短时间破坏夜间的局地小尺度工厂干热岛。日落，随着地面冷却，大气稳定层结生成，工厂干热岛不断加强。利用观测温差约束驱动大涡模型，开展工厂热岛污染传输机制模拟实验，结果表明：工厂强热岛效应可将工厂排放污染物（SO₂、CO等）向上传输至残留层，并在残留层顶部向四周扩散，形成典型的“蘑菇云”状污染分布，导致残留层内部高浓度污染积累。随着日出对流活动加强，残留层高浓度污染物会通过熏烟作用对流下传至地面，形成上午峰值现象，由此解释了我国多个典型城市地区SO₂、CO等工业示踪物上午峰值现象的产生原因，夜间大气污染管控更为重要。

该研究得到中科院战略先导专项（XDB0760102)）、国家重点研发计划（2023YFC3711000；2022YFF0802501）等项目和国家重点科技专项“地球系统数值模拟装置”等联合资助。

图1. 钢铁厂大气边界层热力、动力、物质结构综合探测

图2. 燃煤钢铁厂干热岛日变化结构探测。

图3.大涡模拟揭示燃煤工厂夜间显著热岛环流与SO₂、CO等工业排放污染物的“蘑菇云”分布。

图4.上图为大涡模拟揭示残留层高浓度污染物日出对流“熏烟”下传的地面峰值现象。下图为京津冀（BTH）、长三角（YRD）、川渝（SCB）、珠三角（PRD）地面观测SO2、CO和NO2等上午峰值现象特征。

Jinyuan Xin, Xinbing Ren, Yongjing Ma, Dandan Zhao, Yonghong Wang, Jianhuai Ye, Zifa Wang, Junji Cao, Jordi Vila-Guerau de Arellano, Scot T. Martin. Industrial Dry Heat Island and Dispersion of Air Pollutants Induced by Large Coal-Fired Activities. Environmental Science and Technology, 2024, https://doi.org/10.1021/acs.est.4c02300