華北香河氣候與環境綜合野外科學觀測研究站

中國科學院大氣物理研究所 北京 100029

華北香河氣候與環境綜合野外科學觀測研究站（以下簡稱“香河站”）位于河北省廊坊市香河縣淑陽鎮大羅屯村（39°47′54″N，116°57′28″E），占地約100 畝，隸屬于中國科學院大氣物理研究所。香河站實驗觀測和科學研究工作始于20 世紀70 年代，之后不斷發展壯大，21世紀初加入了中國科學院日地空間環境觀測研究網絡，成為中國科學院對外開放野外臺站。香河站是國家重大科學科技基礎設施“子午工程”（以下簡稱“子午工程”）、全球氣溶膠觀測網絡（AERONET）、世界臭氧和紫外輻射數據中心（WOUDC）、國際基準地面輻射觀測網絡（BSRN）的重要站點，建立了包括對流層-平流層-中間層（MST）雷達等在內的從邊界層到中層大氣的探測系統并開展長期連續觀測，觀測數據被全球相關科學家廣泛使用，為近地層空間環境和全球氣候環境變化研究提供了不可或缺的基礎數據支撐。

1 研究目標和定位

香河站致力于大氣和環境關鍵參數和過程的探測原理、先進技術、分析方法的探索，構建了從邊界層到中層大氣的綜合觀測平臺。圍繞中高層大氣與上、下層間的能量與物質交換的科學研究目標，開展以近地層空間環境和全球氣候環境變化為主題的大氣過程觀測和研究，為中高層大氣物理學、日地關系和氣候變化、華北地區大氣污染監測防治等研究奠定基礎。

香河站立足于建設成為亞洲乃至全球有重要影響的中高層大氣探測野外科學觀測基地和氣候環境綜合觀測平臺，以及大氣探測與觀測實驗的國際合作研究基地，為我國在全球氣候與環境議題上取得話語權和國家安全需求、大型活動的環境保障等提供科技支撐，為大氣科學人才培養提供重要的實驗平臺和寶貴的觀測數據。

2 主要研究方向

香河站主要研究領域包括：邊界層—中高層大氣探測高新技術研發和觀測實驗、近地層空間環境和全球氣候環境變化長期監測、中層大氣在上、下大氣層物質能量交換及其天氣氣候、環境和生態效應等。

（1）邊界層—中高層大氣參數和過程探測新理論、新技術及裝備研發與實驗。發展基于地基、天基和空基平臺的大氣探測新原理和新方法，研制邊界層到中層大氣關鍵物理參數和過程及大氣成分的探測先進技術和反演方法，建立綜合立體的大氣探測高技術研究和應用體系，為獲取邊界層到中層大氣基礎數據，揭示大氣動力、物理、化學過程演變規律及其對氣候變化的影響提供重要觀測手段；支撐天氣、氣候及環境變化研究，并為開展新概念、新技術科學儀器和裝備的試驗和示范應用提供良好的空間和環境保障條件；促進科研成果的轉化，為臨近空間的開發利用、國家安全、環境外交和國家可持續發展提供關鍵技術和平臺。

（2）中層大氣基本過程及其天氣氣候效應觀測和研究。開展以近地層空間環境和全球氣候環境變化為主題的中層大氣過程觀測和研究，科學評估在人類活動背景下亞洲季風區平流層—對流層物質交換對全球氣候環境的影響；系統揭示中層大氣在上、下大氣層交換中的地位和天氣氣候效應，為中高層大氣物理學、日地關系和氣候變化等的深入研究奠定基礎。

（3）衛星數據產品驗證和華北區域氣候與環境變化長期監測。開展地基遙感長期觀測，為氣溶膠和溫室氣體的衛星遙感提供關鍵參數和高精度驗證數據，提高衛星反演精度；開展大氣物理、大氣化學和大氣環境的綜合觀測研究，包括大氣氣溶膠、云、輻射、大氣邊界層、大氣成分的長期監測，積累長期連續高質量基礎觀測數據，為區域氣候和環境變化研究提供堅實的觀測數據基礎。

3 研究成果與科學貢獻

多年來，科研人員基于香河站長期連續觀測，取得了一批系統性研究成果，發表相關學術論文200 余篇。香河站先進大氣探測儀器設備研發也取得豐碩成果，獲授權發明專利19項。香河站的長期觀測數據在承擔國家科研項目和大型活動保障中發揮了重要作用。

（1）臭氧柱總量長期監測及變化趨勢研究。1979年1月1日，香河站加入世界氣象組織（WMO）全球臭氧觀測網，每月向WOUDC提供臭氧資料，迄今已連續提供了40 多年高質量大氣臭氧柱總量觀測資料，為國內外衛星遙感產品的驗證和全球平流層臭氧評估作出了重要貢獻。科研人員基于香河站臭氧觀測數據，給出了1984年智利El Chichon火山和1991年菲律賓Pinatubo 火山噴發的硫酸鹽氣溶膠通過化學過程影響平流層臭氧的有力證據，也明確顯示由于人為前體物氟利昂等物質的排放導致了中緯地區臭氧耗損。

（2）MST 雷達持續為“子午工程”一期提供高質量的觀測數據。香河站大型VHF/MST雷達建設之初，曾經獲得了國內最早、也是國內唯一的大氣風場廓線。香河站MST雷達是目前全球為數不多的仍正常工作且獲取連續高質量觀測數據的MST雷達之一，在觀測數據連續性和數據質量控制等方面都領先于國內同類臺站。自2011年作為“子午工程”重要儀器設備之一，一直連續為“子午工程”提供高質量觀測數據，多次保障重大空間探測任務，先后獲得“子午工程”個人和集體榮譽。

（3）華北氣溶膠-云-輻射相互作用研究。香河站持續與美國馬里蘭大學等國內外研究結構合作。基于香河站長期觀測及強化觀測實驗，開展了系統的氣溶膠-云-輻射相互作用研究，取得了一系列研究成果，該系列研究工作中署名香河站研究人員發表的SCI 期刊論文超過50 篇（包括兩期Journal of GeophysicalResearch特刊），系統揭示了氣溶膠光學特性時空特征和規律、氣溶膠影響輻射參數化描述，以及氣溶膠和輻射變化規律及其相互作用等。

（4）高新大氣探測技術及裝備研發。自主研發的臭氧雙池探空儀達到國際先進水平，發明專利成果已經授權投入商業生產。自主研發成功全天空可見光成像儀和紅外成像儀，發明專利已經成功轉化，有望進入氣象行業業務云-能-天探測系統主流觀測儀器設備。新研制的移動地表反照率和微波發射率測量系統通過智能化流動探測，可同時測量不同地表類型地表反照率和發射率，為反照率和發射率參數化提供基礎數據。

4 人才培養與隊伍建設

香河站重視人才培養和隊伍建設，擁有一支活躍在大氣探測前沿的創新科研團隊，以及有豐富經驗的觀測技術團隊。目前，香河站有研究人員30人，其中正高級職稱12人（包括中國科學院院士1人、國家杰出青年科學基金獲得者1 人、國家優秀青年科學基金獲得者1人）、副高級職稱10人、中級職稱8人。香河站還有臺站觀測與技術人員8 名、管理人員1 名、后勤支撐人員5 名。近5 年香河站培養出站博士后2 名，碩士/博士研究生15名。

5 科研能力與技術平臺

香河站聚焦邊界層至中高層大氣觀測，始終堅持以基礎研究和高技術研發并重，以大氣探測原理創新、技術研發與集成以及實驗觀測為基礎，圍繞中層大氣與氣候環境探測的理論和技術問題開展深入研究。在國家重大戰略需求和重大科研任務支持下，科研人員依托香河站觀測基地，在中層大氣過程、氣溶膠-云-輻射相互作用、大氣環境及雷電物理等方面取得了一批具有國際影響的創新性成果。

香河站在前期中高層大氣探測能力建設經驗和人才儲備基礎上，大力加強和發展該區域探測能力建設和升級改造，為相關科學問題研究奠定堅實基礎。通過40 余年的長期持續發展，香河站已經擁有MST 雷達、傅里葉高分辨率紅外光譜儀、氣溶膠-云-輻射觀測系統、微波輻射計、激光雷達、在線揮發性有機物分析儀、Dobson臭氧儀和Brewer紫外光譜儀等先進大氣探測觀測儀器設備，儀器總價值超7000萬元，香河站在中高層大氣物理學、日地關系和氣候變化、臨近空間的開發利用、太陽輻射預報、衛星產品驗證和大氣污染監測與防治等領域發揮重要支撐作用。

6 開放與交流

香河站臭氧、氣溶膠-云-輻射、溫室氣體和雷電觀測系統加入多個國內外知名觀測網絡，并積極參與大型國際合作觀測研究計劃，以高質量的觀測數據贏得了國內外同行的高度認可。Dobson 臭氧儀從1979年開始在香河站被用于觀測，歷經四、五代人的不斷堅持和努力，持續觀測至今，該儀器被選入WOUDC，為WMO 提供長期的高質量的連續臭氧觀測資料，其數據質量在全球評估中位列第3 名。2001 年，香河站作為華北代表性站點，加入了AERONET，成為國際上為數不多的超過20年的AERONET站。2005香河站加入國際輻射觀測網，成為我國唯一的BSRN 臺站。2021 年，香河站加入碳柱總量觀測網（TCCON），開始監測大氣溫室氣體含量及其長期變化，為助力我國雙碳目標的順利實現提供科技支撐。

香河站先后多次開展氣溶膠-云-輻射和大氣環境外場觀測試驗。例如，2008年開展了北京及周邊地區奧運大氣環境監測/預警研究和中美聯合大氣輻射觀測（ARM）流動觀測試驗；2009 年開展了北京及周邊區域大氣復合污染形成機制及防控觀測試驗；2013 年，包括中國科學院大氣物理研究所、中國科學院安徽光學精密機械研究所（現中國科學院合肥物質科學研究院）、北京大學、清華大學、北京師范大學、南京信息工程大學和德國對流層大氣研究所等多家單位聯合開展了大氣灰霾和氣溶膠-云加強觀測實驗。2017年至今，香河站開展了大氣環境的連續綜合觀測研究，為京津冀空氣質量精準改善提供了重要的數據支撐。

香河站也致力于打造成為大氣科學領域的研究生培養和科普教育基地。香河站目前是中國科學院大學《大氣物理與大氣探測前沿》《大氣輻射學》《大氣遙感》《大氣探測學》等課程的重要實習和夏令營基地，為本科生和研究生深入理解大氣探測原理和大氣關鍵過程提供寶貴的實踐機會。香河站也積極舉辦科普教育活動，已入選北京市海淀區青少年學生校外活動基地，為中小學生體驗大氣科學的奧秘提供平臺，培養青少年探索未知的熱情和興趣。

香河站以開放的姿態迎接國內外科學家開展合作研究，力爭躋身世界一流水平的野外科學觀測研究站行列，成為有重要國際影響的氣候與環境綜合觀測站和大氣探測與觀測實驗的國際合作研究基地。

（相關圖片請見封三）