中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)的前世今生

■ 李德林

一個(gè)氣象站，特別是一個(gè)填補(bǔ)了本底觀測(cè)在亞歐大陸腹地空白的全球站從無到有的過程是復(fù)雜的，包含時(shí)代召喚、科技發(fā)展、大國(guó)擔(dān)當(dāng)，中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)也是沿著這條軌跡走過來的。

1 臺(tái)站建設(shè)史

1979年第一次世界氣候大會(huì)上，氣候變化首次作為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的問題被提上議事日程。此后，世界氣象組織/全球大氣觀測(cè)計(jì)劃（WMO/GAW）及有關(guān)國(guó)際機(jī)構(gòu)相繼組織了一系列與氣候和氣候變化有關(guān)的科學(xué)計(jì)劃。自1986年起，在國(guó)家氣象局鄒競(jìng)蒙局長(zhǎng)的倡導(dǎo)和主持下，由中國(guó)氣象科學(xué)研究院組織專家在我國(guó)西部的云南、四川、青海、新疆等省、區(qū)進(jìn)行調(diào)研考察和本底站的前瞻性預(yù)選。1988年，根據(jù)中國(guó)政府和WMO在我國(guó)西部地區(qū)建立全球本底站合作計(jì)劃的建議，按照WMO/GAW全球本底站站址和周邊環(huán)境條件要求，國(guó)家氣象局組織國(guó)內(nèi)外專家著手考察站址及前期技術(shù)準(zhǔn)備工作。1990年6月專家組再次對(duì)預(yù)選站址進(jìn)行實(shí)地考察，初步選擇海南藏族自治州境內(nèi)的瓦里關(guān)山作為我國(guó)全球性大氣本底基準(zhǔn)站的試驗(yàn)、論證站址。

1990年7月，國(guó)家氣象局同意將瓦里關(guān)山作為我國(guó)全球本底站的意向性站址。1990年8月美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）氣候監(jiān)測(cè)與診斷實(shí)驗(yàn)室（CMDL）副主任James peterson博士訪問我國(guó)，對(duì)瓦里關(guān)作為全球基準(zhǔn)站址的代表性和可行性表示滿意，并建議在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行為期一年的站址可行性觀測(cè)研究。同年9月，海南州氣象局立即在瓦里關(guān)山開始了人工氣象觀測(cè)和空氣樣品采集。

1991年3月中國(guó)氣象科學(xué)研究院與海南州氣象局共同承擔(dān)了瓦里關(guān)大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀（CO2、黑碳?xì)馊苣z和大氣濁度）的觀測(cè)工作。觀測(cè)資料和軌跡分析結(jié)果均表明瓦里關(guān)與WMO/GAW其他全球本底站的資料具有可比性，其全球代表性得到了WMO及國(guó)內(nèi)外有關(guān)專家的確認(rèn)。1992年2月WMO與國(guó)家氣象局商談在瓦里關(guān)山建立全球本底站的協(xié)議。與此同時(shí)，國(guó)家氣象局將瓦里關(guān)站建設(shè)納入“八五”計(jì)劃中。

1992年5月11日WMO/GAW在加拿大多倫多召開的有關(guān)建設(shè)方案的技術(shù)討論會(huì)上，將我國(guó)第一個(gè)全球本底站正式投入運(yùn)行的時(shí)間定為1994年。1992年初，國(guó)家氣象局在完成一期工程建設(shè)方案和設(shè)計(jì)圖紙審定后，開始基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。1992年6月22日，根據(jù)國(guó)氣人發(fā)[1992]50號(hào)文件（圖1），正式成立中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)，列入青海省氣象局直屬單位序列，中國(guó)氣象科學(xué)研究院負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)指導(dǎo)。

圖1 國(guó)家氣象局關(guān)于建立中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)的通知

1992年，在日內(nèi)瓦召開的氣候變化與環(huán)境大會(huì)上，時(shí)任國(guó)家科委主任宋健代表李鵬總理致辭時(shí)表示：“中國(guó)正在同世界氣象組織、聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署和聯(lián)合國(guó)環(huán)境署合作，在青藏高原建立世界第一個(gè)內(nèi)陸型全球大氣基準(zhǔn)觀測(cè)站，她的建成將有助于全球大氣觀測(cè)的發(fā)展，也將是中國(guó)對(duì)世界環(huán)境保護(hù)做出的重要貢獻(xiàn)。”同年6月，WMO正式確定中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)的英文全稱：“CHINESE GLOBAL ATMOSPHERE WATCH BASELINE OBSERVATORY(簡(jiǎn)稱CGAWBO)”。

1994年9月15日，WMO代表聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署與中國(guó)政府同時(shí)在日內(nèi)瓦和北京宣布：世界上海拔最高的監(jiān)測(cè)臭氧和溫室氣體的觀象臺(tái)將在中國(guó)開始工作。9月17日，中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)的掛牌儀式在瓦里關(guān)山舉行并宣布正式投入運(yùn)行。

2 臺(tái)站早期觀測(cè)

自1989年起，一批意氣風(fēng)發(fā)的“突擊隊(duì)員們”在沒電沒路的瓦里關(guān)山搭起了帳篷、蹲坑守點(diǎn)，在工程建設(shè)時(shí)和當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)同吃同住，搶修盤山道路、安裝調(diào)試儀器，開始?xì)庀笥^測(cè)、積累原始資料的艱苦歷程，為申請(qǐng)建設(shè)我國(guó)乃至歐亞大陸唯一的本底站時(shí)刻準(zhǔn)備著。1991年，時(shí)任中國(guó)氣象科學(xué)院院長(zhǎng)周秀驥院士帶領(lǐng)一批專家再次對(duì)擬建的本底站址進(jìn)行考察。彼時(shí)，WMO全球大氣觀測(cè)系統(tǒng)剛整合完成不久，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第一次評(píng)估報(bào)告即將出爐，全球CO2濃度的升高趨勢(shì)越來越不容忽視，南北兩極等地紛紛建起大氣本底基準(zhǔn)觀測(cè)站。但歐亞大陸腹地的大氣本底基準(zhǔn)觀測(cè)仍是一片空白，從已有觀測(cè)站獲得的數(shù)據(jù)尚不能代表全球氣候變化的全部狀況。面對(duì)能否在中國(guó)內(nèi)陸高原建一座全球本底站的疑問，氣象人艱辛努力為之奮斗著。

瓦里關(guān)站正式掛牌并投入運(yùn)行后，先期開展了CO2、CH4等溫室氣體在線觀測(cè)和瓶采樣分析，以及O3、黑碳?xì)馊苣z、太陽輻射、降水化學(xué)、氣象要素等觀測(cè)。自1996年起，陸續(xù)增加了UV-B輻射觀測(cè)、氣溶膠化學(xué)采樣、CO在線觀測(cè)等項(xiàng)目，并對(duì)部分觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造。同時(shí)，為了滿足當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與服務(wù)的需要，2001年又增加了總懸浮顆粒物、大氣降塵等觀測(cè)項(xiàng)目。2005年，WMO援建了氣溶膠散射特性和吸收特性觀測(cè)項(xiàng)目。2005—2006年，中國(guó)氣象局“大氣監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)”一期工程開始對(duì)瓦里關(guān)站的部分觀測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行升級(jí)和增容，逐步提升觀測(cè)能力。

建站伊始，瓦里關(guān)站派遣三名技術(shù)人員分別到加拿大、美國(guó)、澳大利亞進(jìn)行培訓(xùn)，美、芬、加、澳等國(guó)的專家也漂洋過海來到瓦里關(guān)山，手把手教大家使用儀器。由于高原缺氧，周邊無任何社會(huì)依托，再加上嚴(yán)苛的探測(cè)環(huán)境保護(hù)制度，為保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性與可靠性，值班人員克服了諸多難以預(yù)見的困難。艱苦的氣候條件與簡(jiǎn)陋的生活設(shè)施并不能阻止他們工作的熱情，瓦里關(guān)站全體員工始終秉承著科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)精神，一絲不茍，在架設(shè)安裝、管路鋪設(shè)、儀器設(shè)備調(diào)試過程中虛心向國(guó)外專家學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)。例如氣體進(jìn)入儀器前對(duì)水汽的冷凝技術(shù)，由于當(dāng)時(shí)我國(guó)還沒有方便的配套冷阱設(shè)備，只能用液氮罐傾倒，不但危險(xiǎn)而且操作難度大，站上技術(shù)人員在多次嘗試后通過接入密封泵設(shè)計(jì)解決了問題。后期又進(jìn)行改進(jìn)，通過真空泵、保溫桶對(duì)酒精進(jìn)行熱電制冷達(dá)到了很好的過濾效果。

3 臺(tái)站的貢獻(xiàn)

3.1 瓦里關(guān)站溫室氣體本底觀測(cè)資料是我國(guó)對(duì)全球的貢獻(xiàn)

自1990年起就開始了大氣CO2和CH4本底濃度采樣分析工作，1994年又建立了現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)，迄今為止，已向全球提供了近30年連續(xù)、準(zhǔn)確、第一手的具有全球代表性的大氣CO2、CH4、N2O、SF6、CO、穩(wěn)定同位素等大氣成分本底觀測(cè)數(shù)據(jù)。經(jīng)嚴(yán)格質(zhì)量控制和國(guó)際比對(duì)的大氣CO2和CH4的觀測(cè)數(shù)據(jù)已進(jìn)入全球同化數(shù)據(jù)庫Globalview-CO2和Globalview-CH4。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)是我國(guó)對(duì)全球大氣科學(xué)的重要貢獻(xiàn)之一，對(duì)于研究因大氣CO2等溫室氣體濃度增加導(dǎo)致的氣候變化等科學(xué)問題，以及相關(guān)政策的制定等起著極其重要的支撐作用，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

IPCC評(píng)估報(bào)告指出，近50年的氣候變暖主要是由人類活動(dòng)排放大量CO2、CH4、N2O等溫室氣體的增溫效應(yīng)造成的。2021年WMO發(fā)布的《溫室氣體公報(bào)》指出，2020大氣中的溫室氣體濃度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄水平，按照目前溫室氣體濃度的增長(zhǎng)速度，到本世紀(jì)末，我們將看到氣溫上升幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《巴黎協(xié)定》設(shè)定的比工業(yè)化前水平高出1.5～2.0 ℃的目標(biāo)。這一科學(xué)事實(shí)的主要依據(jù)是WMO/GAW框架下由40多個(gè)國(guó)家共同努力所獲取的全球溫室氣體長(zhǎng)期觀測(cè)資料。瓦里關(guān)站大氣CO2、CH4、N2O等溫室氣體長(zhǎng)期觀測(cè)資料和相關(guān)研究成果已應(yīng)用到全球溫室氣體源匯通量估算、源匯時(shí)空分布反演數(shù)值模式等工作中，成為國(guó)際上有關(guān)評(píng)估報(bào)告，以及我國(guó)政府決策、國(guó)際談判與合作的重要參考依據(jù)。

3.2 瓦里關(guān)站是我國(guó)開展國(guó)際合作的范例和與國(guó)際接軌的重要橋梁

瓦里關(guān)站的選址及建設(shè)是國(guó)際合作的范例，得到了WMO、全球環(huán)境基金（GEF）等國(guó)際組織以及加拿大、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)對(duì)口合作伙伴在資金、人員和技術(shù)方面的援助。在近30年的運(yùn)行中，除了中國(guó)氣象局穩(wěn)定的業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)投入外，還得到其他有關(guān)國(guó)際組織、國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)和部門的各種支持，開展了多項(xiàng)科技合作。

為確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，WMO/GAW設(shè)立在瑞士、德國(guó)、日本和美國(guó)的4個(gè)質(zhì)量保證/科學(xué)活動(dòng)中心（QA/SAC）先后多次派員到瓦里關(guān)對(duì)地面O3、CO、CH4、CO2、降水化學(xué)等觀測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)質(zhì)量督察，內(nèi)容涉及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)儀器設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)、標(biāo)校及管理等各個(gè)方面。還利用傳遞標(biāo)準(zhǔn)儀器或標(biāo)準(zhǔn)氣對(duì)部分現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)和標(biāo)校。多次督察結(jié)果均表明：瓦里關(guān)站的地面O3、CO、CH4、CO2、降水化學(xué)等觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況穩(wěn)定準(zhǔn)確。

基于臺(tái)站在線觀測(cè)資料繪制的瓦里關(guān)CO2變化曲線也是建站以來取得的巨大成就，此曲線圖與美國(guó)夏威夷的冒納羅亞全球本底站CO2濃度變化非常一致。我國(guó)政府在國(guó)際上闡述氣候變化觀點(diǎn)時(shí)，采用的一個(gè)重要的依據(jù)就來自于這一曲線圖中的相關(guān)數(shù)值。它也成為了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》的支撐數(shù)據(jù)，有力推動(dòng)了我國(guó)政府與世界各國(guó)在應(yīng)對(duì)氣候變化領(lǐng)域的合作與發(fā)展。

3.3 瓦里關(guān)站是開展相關(guān)業(yè)務(wù)、科研和人才培養(yǎng)的示范臺(tái)站

經(jīng)過近30年的運(yùn)行，在監(jiān)測(cè)技術(shù)方法、業(yè)務(wù)流程、運(yùn)作模式、儀器標(biāo)定比對(duì)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等方面達(dá)到了WMO指定的技術(shù)指標(biāo)，從而保證了技術(shù)裝備、技術(shù)方法、技術(shù)路線的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)與國(guó)際接軌。2013年，時(shí)任WMO主席戴維·格萊姆斯來到青海瓦里關(guān)山實(shí)地考察，對(duì)瓦里關(guān)站為青藏高原乃至全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)作出的貢獻(xiàn)給予了高度評(píng)價(jià)，并且欣然題詞（圖2）。

圖2 世界氣象組織主席戴維·格萊姆斯在瓦里關(guān)站題詞

4 結(jié)語

瓦里關(guān)站先后承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省部級(jí)的業(yè)務(wù)建設(shè)項(xiàng)目和科研課題，開展了廣泛的國(guó)際、國(guó)內(nèi)合作與交流，取得了一系列科研、業(yè)務(wù)成果，已成為開展大氣成分本底觀測(cè)科研業(yè)務(wù)的大平臺(tái)。截止2021年，基于瓦里關(guān)站的觀測(cè)資料在《中國(guó)科學(xué)》《氣象學(xué)報(bào)》等核心期刊發(fā)表的研究論文達(dá)423篇；在Atmospheric Environment、Journal of Environment Science等國(guó)外期刊發(fā)表論文達(dá)117篇。

瓦里關(guān)站通過建設(shè)、業(yè)務(wù)運(yùn)行、國(guó)際國(guó)內(nèi)培訓(xùn)與合作等，不僅培養(yǎng)了一批認(rèn)真負(fù)責(zé)、業(yè)務(wù)熟練并能長(zhǎng)期值守野外臺(tái)站的觀測(cè)和技術(shù)人員隊(duì)伍，還造就了一大批專業(yè)結(jié)構(gòu)合理、團(tuán)結(jié)協(xié)作、具有較高科技創(chuàng)新能力的研究、業(yè)務(wù)和管理人員隊(duì)伍，已成為本底觀測(cè)領(lǐng)域科技人才的培養(yǎng)和教育基地之一。迄今為止，已直接或間接為我國(guó)大氣成分本底觀測(cè)事業(yè)培養(yǎng)各類專業(yè)技術(shù)人才數(shù)百名。

2022年6月8日，青海省氣象局印發(fā)了《溫室氣體監(jiān)測(cè)評(píng)估體系建設(shè)方案（2022—2025）》。方案以國(guó)省重大戰(zhàn)略需求為主線，以建立溫室氣體監(jiān)測(cè)評(píng)估體系為聚焦點(diǎn)，發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，突破關(guān)鍵技術(shù)，完善科學(xué)評(píng)估方法，開展區(qū)域碳匯潛力評(píng)估、碳中和有效性評(píng)估，不斷提升碳循環(huán)評(píng)估能力，從建設(shè)方案的意義和必要性、總體要求、建設(shè)任務(wù)等五個(gè)方面規(guī)劃了溫室氣體監(jiān)測(cè)、評(píng)估業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。方案的制定和實(shí)施，將為全面提升青海省溫室氣體監(jiān)測(cè)評(píng)估能力，助力青海“碳達(dá)峰、碳中和”行動(dòng)，為全國(guó)氣象部門溫室氣體監(jiān)測(cè)評(píng)估工作發(fā)揮引領(lǐng)示范作用。

深入閱讀

李丹, 戴隨剛, 黃幸媛, 等, 2005. 瓦里關(guān)大氣本底臺(tái)，十年磨一劍.中國(guó)氣象報(bào), 8月20日第001版.

徐建偉, 2014. 中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)建臺(tái)回憶//中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)二十周年文集. 西寧: 青海省氣象局.

劉毅, 2021. 27年，“瓦里關(guān)曲線”描繪溫室氣體變遷. 人民日?qǐng)?bào),9月19日第005版.