湍流是大气边界层内气团的主要运动形式,控制着大气边界层内的各种物质和能量输送过程,进而实现了地-气之间物质和能量的传递。因此,本文以2016年12月河北保定地区农田观测的强雾霾过程和WRF-LES模拟的登陆期间的强飓风哈维（2017）为例,分析在弱动力和强动力两种截然不同的条件下大气边界层内的湍流结构特征及其对天气过程的影响。1)对于强雾霾过程的研究发现,严重空气污染期间,超过73.52%时间里观测站点PM2.5浓度大于100μg·m-3,最大能达到522μg·m-3。对流层低层持续地向华北地区输送污染物的小南风,对流层中层稳固的高压系统,以及对流层中低层温度梯度的降低,是抑制了大气对流发展,并最终导致了华北重污染的主要气象条件。通过分析观测期间湍流尺度谱,本文发现近地层小风抑制了各向异性的大尺度的湍涡破碎形成小尺度湍涡的过程。由于大气污染物对辐射的散射效应,白天大气污染期间近地层气温较低,垂直湍流更弱。夜间污染与清洁时刻的大气温差和垂直湍流强度差都得以减小。谱分析表明大尺度湍涡所占的比例也影响着大气垂直混合能力。白天,大气污染物浓度受风速和垂直湍流强度的控制。夜间较弱的垂直湍流导致大气边界层高度较低,边界层垂直混合能力主要受大尺度湍涡控制。夜间小风维持住的大尺度湍涡所具有较强的垂直混合作用,降低了近地面大气污染物浓度。2)对飓风边界层的模拟研究表明,大尺度的滚轴涡旋占主导地位,其湍流强度与飓风强度成正比。在飓风登陆后,这种较强的滚轴涡旋迅速减弱并逐渐消失。在合适的热力稳定度条件即稳定度参数（?）在-0.2到0.2之间和动力稳定度条件（即径向风）负风切较强时,飓风低层流入气流的辐合效应引发了垂直方向上的扰动并最终在飓风边界层中形成滚轴涡旋。飓风登陆后流入气流的减弱导致了强滚轴涡的消散。对湍流垂直动能的分析表明,由密度扰动引起的气压扰动控制了垂直湍流,即气压输送项为滚轴涡的形成提供了能量支撑,这使得滚轴涡平均波长约为1km。对滚轴涡影响的研究表明,滚轴涡使得最大切向风维持在400m高度上,这更接近于雷达观观测结果。在飓风登陆过程中,滚轴涡引起的负动量通量增强了流入气流并维持了飓风的高风速。而在YSU边界层方案引导的WRF模拟中飓风登陆期间流入气流迅速减弱,使得飓风迅速衰弱。对于降雨过程,滚轴涡的温度混合作用导致的较弱的上升气流和不充足的水汽供应,最终使得飓风登陆前的降雨更接近观测值。而YSU方案引导的WRF模式严重高估了飓风登陆前的降水过程。可以发现大气边界层在弱动力和强动力状态下,大尺度湍涡都基本主导着大气边界层动量和物质垂直混合过程。因此对极端天气预报还应该考虑大尺度湍涡的存在对整个大气边界层垂直混合能力的影响。