作为大气边界层的重要表征量,大气边界层高度随季节、地形等呈现出明显的时空变化。本文利用北京城区朝阳站、郊区大兴站激光云高仪观测资料、常规气象观测资料以及南郊观象台的探空资料,比较分析了梯度法、标准偏差法、曲线拟合法和小波协方差法反演边界层高度的适用性和局限性,并在曲线拟合法的基础上建立了两步曲线拟合法以实现对北京城郊边界层高度的实时观测;基于WRF（Weather Research and Forecasting）进行数值模拟,评估了采用SLUCM（Single-Layer Urban Canopy Model）及不同边界层参数化方案对北京大气边界层结构的模拟结果,并通过敏感性试验加深对城市边界层结构的认识和理解。分析表明:1.在基于云高仪观测资料反演边界层高度的过程中,四种不同方法由于受到其自身算法的影响表现出明显差异:梯度法关注单层信号的衰减程度,与选取的滑动平均的点数有关,对观测资料的信噪比较为敏感;标准偏差法考虑局部信号的离散程度,与计算偏差的范围有关,反演结果连续性更好;曲线拟合法在计算过程中涵盖了整层信号,与迭代方法有关,表现出较好稳定性,但夜间受残留层的影响,会混淆对边界层高度的判断;小波协方差法计算相邻两区间的信号梯度,区间范围与尺度参数a有关,具有一定降噪效果。2017年5月18日反演结果表明:边界层高度最大、最小平均值分别为1149m、1065m,对应梯度法和曲线拟合法,标准偏差法比小波协方差法略高出9m。2.新建立的两步曲线拟合法通过检验残留层是否存在、将原拟合函数erf函数替换为arctan函数完善了对边界层高度的判定。新算法的拟合曲线与探测廓线的均方根误差（RMSE）为2.51×10^-7m^-1sr^-1,比曲线拟合法(RMSE为6.52×10^-7m^-1sr^-1)更加符合实际廓线特征,且明确区分了白天不稳定边界层、夜间稳定边界层及其上方的残留层。将新算法与基于探空的位温梯度法进行比较,结果发现:当边界层高度较高时,多数情况下基于探空获取的边界层高度比基于云高仪获取的更高,总体上两种方法的相关系数为0.91,一致性较好,验证了新算法的可行性。3.2017年5—6月41个无降水日观测分析表明:朝阳站、大兴站边界层高度的增长与衰减情况不同。朝阳站在06时左右出现增长趋势,比大兴站早约1h;16时之后朝阳站下降缓慢,大兴站下降速率更快。朝阳站和大兴站边界层高度的均值在白天分别为1035m、943m,在夜间分别为362m、250m,夜间热岛强度的增强导致两站点边界层高度的差异在夜间更显著。4.2017年5月17—19日晴天个例模拟分析表明:五种试验方案（ACM2-no SLUCM、ACM2-SLUCM、YSU-SLUCM、MYJ-SLUCM、Bou Lac-SLUCM）在00时至07时模拟的边界层高度偏低;在日出后边界层高度抬升阶段,模拟结果与实际观测相吻合;在午后边界层发展最旺盛的阶段,各方案高估了边界层高度,差值范围在500m至600m之间;在日落之后,不同方案模拟的边界层高度表现出明显差异。SLUCM的使用导致朝阳站和大兴站的边界层高度在白天分别增长15%和2%;在夜间分别增长81%和22%。5.数值模拟敏感性试验表明:城市化使边界层高度在白天和夜间均有增加,与2m气温场有较好的对应关系,其增幅表现为白天弱,夜间强。边界层高度在夜间显著抬升,最大增幅达到972m。