城市边界层粗糙子层内的平均场和湍流场特征通常利用局地相似理论来描述, 但在很多场合仍然适用于 Monin-Obukhov 相似性理论。在合肥城区开展气象观测, 获取粗糙子层内两不同高度的风速温度数据, 分析 Monin-Obukhov 相似性理论与局地相似性理论的差异, 同时分析风速、温度的归一化标准差与局地稳定度的关系随高度的变化。结果表明, 两高度上的摩擦速度 u* 相差超过 13%, 特征温度 T* 相差小于 2%。风速、温度归一化标准差与稳定度之间的关系可以采用平坦下垫面近地层得到的拟合关系式, 只是具有不同的拟合系数, 且两个高度的拟合系数不同。这说明本实验地点符合一般粗糙子层的特征, 与平坦均匀下垫面近地面层有较大的差别。

近年来, 中国经济发展迅速, 工业化程度越来越高, 大气环境污染问题加剧, 严重影响人民的日常生活, 因此对大气污染物的实时监测研究尤为重要。 城市边界层大气中各类污染源排放的相互作用, 使得其污染问题复杂多变, 特别是在重污染过程中污染物在大气中的垂直分布和变化情况问题。 成像差分吸收光谱（I-DOAS）技术用于对污染物空间分布的探测, 国内外对该技术的研究主要基于地基扫描、 机载和星载平台, 因其具有长距离、 多组分、 高分辨同时连续实时观测的特点, 观测范围可从小尺度逐渐向大区域拓展, 可为分析大气环境现状提供重要数据支撑。 地基成像差分吸收光谱技术一般用于对某一污染源的探测, 主要研究其对城市大气边界层污染物分布的探测方法, 其中介绍了基于比尔-朗伯定律的差分吸收光谱（DOAS）原理, 分析了基于“推扫”方式的成像系统的成像原理, 并且以大气中常见污染物NO2为例, 2018年6月12日在合肥市科学岛开展对边界层大气NO2的成像遥测实验, 将多芯光纤束前端与紫外镜头耦合, 后端连接光谱仪狭缝, 紫外镜头搭载于二维转台电机上, 设置二维旋转电机合适的仰角, 水平方向上从0°旋转至90°, 观测区域中主要包括郊区, 电厂区和城市区三个典型区域。 选择天顶太阳光谱作为参考谱, 将测量光谱、 参考谱进行相应多通道光谱合并及提取, 每采集一次可获得相对应的38条光谱。 使用DOAS反演方法对所有测量光谱进行数据反演, 得到38×90组NO2的差分斜柱浓度（DSCD）, 并根据观测角度的几何模型, 将浓度信息与空间维上的像元相匹配, 按照扫描方向进行依次插值重构, 扣除复杂背景后, 获得合肥市边界层NO2差分斜柱浓度的二维分布图像, 并且与当天同时进行实验的MAX-DOAS观测数据作对比, 两者在郊区、 电厂区和城市区的相关系数分别为0.86, 0.87和0.83, 结果表明该系统能够有效获取城市边界层大气污染物浓度分布信息。

采用模拟探测技术研发了具有三维扫描功能的微脉冲米散射激光雷达产品, 用于高密度气溶胶聚集地区的 大气气溶胶光学特性及云的精确探测。详细介绍了该系统的整体结构、系统控制和数据采集处理软件。 利用该系统对西安地区气溶胶及城市边界层特性进行观测研究,实验结果表明:在激光脉冲能量为50 μJ, 重复率1 kHz,望远镜接收孔径为254 mm, 信号平均时间40 s及距离分辨率为7.5 m的条件下,系统测量气溶胶的有效距离可 达到白天3~5 km左右,夜晚15 km。系统可以为研究大气变化,特别是颗粒污染物的产生、 传输和扩散的特性提供科学的测量数据。