最新,南京信息工程大学大气物理学院本科生 田云航以第一作者在《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》发表研究成果

我校大气物理学院2023级大气物理专业本科生田云航以第一作者身份在大气科学领域国际知名期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上发表研究论文。该论文题为“Machine Learning Assessment of Aerosol and Meteorological Impacts on Atmospheric Boundary Layer Height in Eastern China: Highlighting the Role of Aerosol Hygroscopicity”（基于机器学习评估中国东部地区气溶胶和气象因素对大气边界层高度的影响：强调气溶胶吸湿性的作用），通讯作者为其导师王玉莹副教授。

    大气边界层（Atmospheric Boundary Layer, ABL）是介于地球表面与自由对流层之间的关键气层，不仅调控着近地面气象过程与空气质量演变，也与人类生产生活及生态环境演化密切相关。行星边界层高度（Planetary Boundary Layer Height, PBLH）的形成源于边界层与自由对流层间显著的热力和动力层结效应，其时空演变受气象条件、陆气交换过程以及大气气溶胶共同影响。

    当前多数研究已揭示气溶胶辐射效应、气象要素与PBLH间的定性关联，但大多仅分析单方面因素的独立影响。在多因子情景下，气溶胶特性与关键气象变量如何通过动态平衡和协同调控共同影响行星边界层演变，仍是亟待深入研究的科学问题。同时，现有研究多聚焦于局地和个例分析，缺乏不同区域的系统对比以及基于长时序数据的长期统计。针对上述不足，本研究融合了ERA5和MERRA-2再分析数据集，通过搭建一种可解释性机器学习模型（XGBoost-SHAP），系统分析了2013—2023年间不同要素对京津冀和长三角地区日间（08:00—20:00，北京时间）PBLH的影响。

图. 气溶胶吸湿效应对单次散射反照率（SSA）与边界层高度（PBLH）影响的示意图

论文：Tian, Y., Wang, Y., Lu, C., Zhu, B., Yang, Y., Yan, X., et al. (2026). Machine learning assessment of aerosol and meteorological impacts on atmospheric boundary layer height in eastern China: Highlighting the role of aerosol hygroscopicity. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2025JD045744. https://doi.org/10.1029/2025JD045744

    研究结果表明：京津冀地区平均PBLH为812米，较长三角地区（687米）高约125米，这主要源于两地湿度条件的显著差异（分别为46.3%和68.6%）。气象因子是驱动PBLH变化的主导因素，其中地表净太阳辐射、近地面风速与PBLH呈显著正相关，相对湿度则呈负相关。在气溶胶因子中，单次散射反照率的影响最为显著（京津冀占比10.9%，长三角占比10.8%）。在京津冀地区，吸收性气溶胶对边界层的抑制作用强于散射性气溶胶；而在长三角地区，两类气溶胶均未起到主导作用。高相对湿度会促进散射性气溶胶的吸湿增长，提升其消光效率与单次散射反照率，进而削弱单次散射反照率与PBLH的正相关关系，该效应在长三角地区尤为明显。气溶胶组分分析表明，吸湿组分是散射消光的主要贡献者，其中硫酸盐的作用在高湿条件下显著增强。季节分析显示，夏季热力因子（地表净太阳辐射、相对湿度）主导模型结果，冬季动力因子的影响更为突出，且京津冀地区的季节差异尤为显著。本研究为揭示气溶胶与气象条件（尤其是吸湿增长）对边界层动力学的耦合影响提供了有力依据，可为中国东部地区的分区空气质量管控提供科学支撑。

    该研究得到了国家自然科学基金（42030606, 42521006和42575093）和大气环境与极端气象全国重点实验室开放课题等项目的支持。