大气边界层是大气热量、动量以及各种物质上下输送的重要通道,边界层中发生的强对流天气、污染物传输等过程均极大地影响人类生活,引起越来越多学者的重视。但由于大气边界层具有空间尺度小、时间变化快、对下垫面敏感的特点,目前数值模拟效果不能尽如人意。资料同化是改进数值模拟结果的重要途径。本文利用2016年8月28日08时—9月2日08时在北京市宝联、朝阳和大兴三站同时进行观测实验的逐3 h加密探空资料,采用WRF及其三维变分同化系统对北京地区的大气边界层进行数值模拟试验,研究加密探空资料同化对北京地区边界层数值模拟的影响。结果发现:⑴WRF-3DVAR系统自带的背景场误差协方差矩阵不适用于高分辨率的模拟对象。模拟大气边界层需要较高的空间分辨率,且北京市地形起伏大、下垫面复杂,只有重新构建的适合模拟区域的背景场误差协方差矩阵,才能够准确、合理地反映多变量之间的相互作用关系,进一步改善模拟结果。⑵单次同化模拟试验中,同化形成的分析场较背景场更接近观测结果,更能表现边界层内真实大气的热力、湿度状态及动力特征,位温、比湿、纬向风、经向风、风速的分析场均方根误差分别较背景场的减少了86%、59%、24%、44%、19%,体现出同化的较强修正作用。加密探空资料同化的预报效果在模式积分6 h内最好,之后同化作用的大小及范围逐渐减弱。加密探空资料的站点数在空间水平方向上比较少是导致同化在分析场的改善作用明显但是效果难以持续较长时间的原因之一。⑶循环同化模拟试验中,同化试验的模拟结果更接近观测,对边界层内大气的热力、湿度状态均有较大改进,对动力特征改进较小。同化试验能够有效地模拟出城市热岛环流结构和城郊边界层低空急流。同化试验对边界层内各气象要素改进明显,尤以比湿为最,其次是位温,二者的均方根误差分别减少了46%和27%。相较而言,由于风的自身属性且北京市地形复杂,同化效果难以长时间维持,其改进程度较小,均方根误差的减少量在10%以内,但对于复杂地形上较难模拟准确的近地面风来说已有进步,表明加密探空资料循环同化对模式低层动力特征的调整作用以及对近地面风的模拟的必要性。