我国东部超大城市和城市群的重霾污染形成过程中气溶胶与边界层的相互反馈作用扮演了重要的角色；而在我国北方蒙古高原地区，海拔高，地表裸露，边界层的热动力结构与中东部有较大差异；研究量化不同地理气候区域气溶胶与边界层相互反馈对区域大气污染防治有重要的指导意义。

　　中国科学院大气物理研究所马永敬博士、辛金元研究员等和内蒙古自治区环境监测总站合作，综合分析呼和浩特2020年1月份持续重霾污染过程的边界层理化结构，研究揭示该地区颗粒物浓度与大气边界层高度存在显著非线性反相关关系，说明气溶胶与边界层相互反馈正加剧蒙古高原城市污染天气的爆发。该地区污染形成过程中PM_2.5阈值为75.0 g/m³，即当颗粒物浓度小于该阈值时，边界层对颗粒物浓度变化响应迅速；但当大于该阈值时，边界层响应较小，并维持在一个较低的高度，此时污染迅速反馈累积。

　　进一步利用典型污染天气过程驱动大涡模型，开展气溶胶辐射强迫与边界层反馈实验，结果表明：呼和浩特污染过程气溶胶吸收成分的“穹顶”效应和散射成分的“天空阳伞”效应对边界层存在明显抑制作用，边界层高度从清洁天的1090米下降至重污染天的530米，下降了51.4%，此时PM_2.5浓度约为300 g/m³；增强气溶胶吸收性实验显示，边界层日最大高度从530米下降至410米，而增强气溶胶散射性表明，边界层日最大高度从530米上升至930米，上升了75.5%，这主要是由于增强气溶胶散射的同时增强了前向散射，强感热促进了边界层的发展。以此，我们重点强调蒙古高原地区吸收性污染物排放源管控的重要性和必要性。

　　该研究得到国家重点研发计划(2022YFF0802501)、内蒙古自治区科技重大专项与国家自然科学基金(42305090; 42307144)等项目联合资助。

图1. PM_2.5浓度与边界层高度相关关系。红色曲线代表拟合方程，蓝色曲线为红色曲线导数。

图2.（a）污染情景HAZE和清洁情景CLEAN边界层高度日变化；（b）污染情景HAZE和增强气溶胶吸收性情景ABS边界层高度日变化；（c）污染情景HAZE和增强气溶胶散射性情景SCA边界层高度日变化。

图3. 蒙古高原城市气溶胶与边界层相互作用情景。

参考文献：

Yongjing Ma, Jinyuan Xin^*, Yongli Tian, Caiying Yue, Xingjun Zhou, Yuanzhe Ren, Feng Hao, Peng Wang, Fei Xie, Xinbing Ren, Dandan Zhao, Lin Wu, Xiaole Pan, Zifa Wang. The interactions of aerosol and planetary boundary layer over a large city in the Mongolian Plateau. Science of the Total Environment, 2023, 167985.