为缓解城市交通压力、优化路网结构并实现城市土地的集约化利用，纵横城市内部的高架路被相续建造。但是，高架路的存在不仅抬高了交通排放源，加剧了交通污染范围和强度，其特有的“盖状”结构还会改变街道大气流动，势必重塑道路空气污染的时空分布格局。然而，目前关于高架路交通排放及其对路边环境影响的研究尚显不足，尤其缺乏对高架路大气污染垂直分布规律及过程机理的深入探究。本研究以福州市西三环快速路为研究靶区，搭建基于轻型旋翼无人机的大气环境垂直监测平台，实验采集局部不同位置上PM_2.5、PM_1.0、黑碳（Black Carbon，BC）、O₃等交通相关污染物质量浓度的垂直分布数据，以及同步收集实验区域气象、道路交通等指标变量的高时空分辨率样本数据。基于实测数据，利用数理统计方法直观解析有无高架路各测量位置上大气污染物的垂直分布特征，然后使用SHAP（SHapley Additive exPlanations）方法解释建立的机器学习模型，揭示有无高架和有无交通源情景下大气污染物分布的异同规律及原因，并构建基于多重分形理论方法探讨垂直空间上BC与PM_1.0/PM_2.5比值之间的复杂非线性关系，以揭示道路交通直接排放和二次污染的垂直动力学机理。主要的研究结果如下：
      （1）无人机测量结果表明：所测污染物的浓度均呈现出明显的日变化和季节特征，其中PM_1.0和PM_2.5浓度早高晚低，BC和O₃浓度则呈现相反的趋势，冬季所有污染物的浓度会高于夏季。冬季小区侧PM_1.0、PM_2.5和BC浓度会高于沿江侧。无论冬夏，高架路对PM_1.0和PM_2.5垂直分布的影响较小，但易造成BC和O₃在近地面的堆积。交通活动会显著增加夏季桥底不通透高架路旁0～40 m高度范围内的一次颗粒物浓度，冬季无此现象，小区侧相对封闭的道路环境会加大交通对一次颗粒物影响。（2）表现优异的随机森林和SHAP组合模型解释路边大气污染物浓度垂直变化特征表明：尽管影响冬夏路边PM_1.0、PM_2.5、BC和O₃浓度垂直变化的因子权重有所差异，但气象均为主要影响因素。高架路的抬高的作用会放大交通对污染物垂直变化的影响，其中非柴油车对污染的影响会大于柴油车。除了抬高交通排放源、阻碍污染扩散，高架路还会通过增加近地面的相对湿度和降低温度，影响PM_2.5的浓度，通过改变近地面的大气压力，改变BC的垂直变化，通过改变高架路周围的太阳辐射强度和露点温度影响O₃浓度的垂直分布。（3）交通排放和二次颗粒物的垂直波动特征及演化趋势表明：用于间接表征交通活动强度的BC浓度和表征二次颗粒物污染强度的PM_1.0/PM_2.5比值在0～200 m高度范围内的总体变化趋势与时间和道路环境密切相关。夏季BC浓度会随高度的升高而降低，冬季BC浓度则出现先降低再于50～150 m高度出现拐点后随高度增加而升高。冬夏两季BC和PM_1.0/PM_2.5的主要受高频因素的影响，并且PM_1.0/PM_2.5的高频因素的影响权重会高于BC。高频因素对夏季BC和PM_1.0/PM_2.5的影响程度会高于冬季，冬季中频和低频因素的影响力增强。尽管如此，道路交通活动与二次颗粒物生成强度的变化并不存在明显的垂直空间关联性。（4）连续高度上交通排放和二次颗粒物的垂直空间关联度表明：夏季高架路旁BC和PM_1.0/PM_2.5的长程相关性会高于非高架路，即高架路旁BC和二次颗粒物在垂直方向上的变化具有持续性，且不受空间尺度的变化影响。冬季，高架路旁颗粒物的长程相关性呈现沿江侧高于小区侧的特征，且沿江侧各测量点位的长程相关性早晚差异较小，而小区侧表现出早高晚低的趋势。夏季道路结构（是否有高架路及不同类型高架路）变化会显著影响BC和PM_1.0/PM_2.5在不同高度层上的关联性，而冬季高架路对BC和PM_1.0/PM_2.5垂直关联性的影响较弱，道路环境的通透性决定不同高度层上二者相关性的关键原因。（5）连续高度上交通排放和二次颗粒物的垂直多重分形特征表明：BC和PM_1.0/PM_2.5在不同时段和不同测量点位上都具有明显的多重分形特征，但其多重分形强度存在早晚差异。夏季BC和PM_1.0/PM_2.5的多重分形强度差异较大，冬季PM_1.0/PM_2.5的多重分形强度略小于BC。冬季BC和PM_1.0/PM_2.5的平均多重分形强度表现出小区侧高于沿江侧，而高架路的存在对多重分形强度的影响较小，相对封闭的道路环境反而会增加BC和二次颗粒物在垂直方向上的非线性关系。在BC的演化过程中，其多重分形特征主要受长期持续性机制影响，PM_1.0/PM_2.5的演化则更受到极值的尖峰胖尾效应影响。

交通污染物，垂直变化，分形理论，机器学习，无人机监测