| 成果简介： |
大气污染是我国现阶段面临的主要大气环境问题。实现重污染精准预报预警是贯彻落实《气象高质量发展纲要（2022－2035年）》、提高重污染天气和突发环境应对气象保障能力的重大需求。稳定边界层弱湍流是大气科学研究的关键难点，也是污染累积的重要原因。完成人瞄准国家大气污染防治的重大需求，聚焦污染边界层弱湍流输送观测新技术、稳定边界层新理论、大气污染过程与稳定边界层相互作用等方面取得创新成果，揭示和定量刻画了污染过程边界层作用及污染物湍流输送机理：研发了细颗粒物湍流通量实时观测系统，提出了污染过程湍流隔板效应的物理概念模型，构建了基于观测事实的细颗粒物湍流扩散参数化方案，显著提升了空气污染数值预报能力。
该成果包括30篇学术论文（SCI论文27篇），1项发明专利、7项软著。创新程度和学术水平如下：1.现有研究缺乏细颗粒物湍流通量观测，导致细颗粒物排放和输送缺乏直接观测事实。完成人突破了细颗粒物质量浓度脉动高频观测的技术难点，研发了细颗粒物湍流通量观测方法和系统（Ren et al., STE, 2020;2021），获得国家发明专利授权，并在珠三角、京津冀、西北等多个气象和环境监测站应用。2.大气污染过程边界层湍流运动弱、间歇性特征显著，湍流输送被高估（约20%-50%），导致现有模式难以捕捉污染物浓度峰值，难以预报细颗粒物浓度爆发性增长。完成人研发了湍流间歇自识别和湍流信息重构新算法（Ren et al., ACP, 2019），构建了湍流间歇强度定量表征新指数（Ren et al., QJ, 2023），解决了湍流间歇性定量表征难题，修正了污染过程湍流输送的高估（Ren et al., SCES, 2019）。进一步诠释了污染过程大气边界层湍流间歇作用机理，提出了“湍流隔板效应”的物理概念模型，揭示了静稳天气污染物浓度急剧变化的物理机制：湍流隔板增强导致污染物浓度爆发性增长，湍流隔板被打破导致一定空间内污染物浓度急剧降低（Ren et al., STE, 2021）。3.现有研究尚未厘清湍流运动和污染物输送的物理机制，缺乏细颗粒物湍流扩散理论和参数化方案，极大影响污染预报效果。完成人实验确定了细颗粒物质量通量-廓线关系和扩散参数，解决了细颗粒物湍流输送及其参数化的科学难题（Ren et al., STE, 2020）。定量验证了湍流隔板效应对污染物输送的作用（Ren et al., EP, 2023; Ren et al., ERC, 2022），给出可应用于霾污染业务预警的临界阈值（Ren et al., AR, 2019; Ren et al., AR, 2023）
该成果是国家重点研发计划重点专项代表性成果，其中的部分成果获“中国气象学会首届大气科学优秀博士学位论文”和“北京市优秀博士学位论文”荣誉。细颗粒物湍流通量实时观测系统和数据已被ACP、GRL、ER 等学术期刊论文应用，以支撑京津冀重霾污染模拟以及细颗粒物和位温湍流扩散规律的对比研究。并且，该系统在全国多个气象和环境监测站应用推广之后，完成人已实验获取了全国不同气候类型和不同污染防治阶段的代表性城市细颗粒物湍流特征量观测数据，可为细颗粒物的遥感反演、数值模拟和源清单制定等提供实测数据支撑。湍流间歇自识别和湍流信息重构新算法和湍流间歇性强度定量表征新指数被JGR、JAS、BLM等论文应用，以支撑极地稳定边界层湍流间歇性、干旱区及浓雾中湍流输送估计等研究。美国边界层气象著名科学家Larry Mahrt评价“Ren et al. (2023)揭示了湍流间歇性事件弱湍流期和爆发性湍流期特征”。细颗粒物湍流扩散参数化方案已被应用于WRF-chem模式中，显著提升了空气污染数值预报准确性（约13%）。被张小曳院士研究团队评价为“将经典相似性理论拓展到细颗粒物的湍流输送研究中”。 |
