瞭望 | 在世界屋脊為地球測溫

我國一直是全球氣候變化多邊進(jìn)程的積極參與者和堅(jiān)定維護(hù)者。其中氣候變化科學(xué)觀點(diǎn)的一個重要支撐，就是“瓦里關(guān)曲線”及相關(guān)觀測數(shù)據(jù)

“30年來，瓦里關(guān)站在歷次開展的國際巡回比對中都達(dá)到了世界氣象組織對全球本底站的質(zhì)量管理要求?！?/span>

隨著觀測設(shè)備和方法的不斷進(jìn)步，瓦里關(guān)站逐步實(shí)現(xiàn)了溫室氣體全要素和重要示蹤物在線觀測

文 |《瞭望》新聞周刊記者 屈辰

穿過青海牧區(qū)的土路，仰望海拔3816米的瓦里關(guān)山，山頂?shù)谋O(jiān)測塔和灰色房子依稀可見。

“你們?nèi)ツ睦?？”山腳下，57歲的藏族志愿者索果一年間曾勸阻百余人上山，以免影響監(jiān)測效果。見是訪客，他一再叮囑記者“山上不要燒火做飯”。

車輛在山壁與懸崖間的夾縫中蜿蜒而上。剛跨過“九曲十八彎”，進(jìn)入站里的99級臺階又讓人犯了難——耳邊風(fēng)聲呼嘯，僅邁上20多級臺階，記者就感到胸悶氣短、心跳加速，體會到“山上含氧量相當(dāng)于海平面67%”帶給人體的切身感受。

這條路，站里的科研人員走了30年。

972平方米業(yè)務(wù)用房、50多臺設(shè)備，每組兩人值班監(jiān)測、每7天輪換一次……作為世界氣象組織全球大氣觀測（WMO/GAW）32個全球大氣本底觀測站之一，1994年掛牌成立的中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺（瓦里關(guān)全球大氣本底站，以下簡稱“瓦里關(guān)站”）是世界海拔最高、歐亞內(nèi)陸腹地唯一的全球大氣本底觀測站。

“瓦里關(guān)站具有適宜的海拔高度和地理位置。這里遠(yuǎn)離城市，無局地污染影響，能夠代表絕大多數(shù)混合均勻全球歐亞大陸大氣本底的狀況?！敝袊髿獗镜谆鶞?zhǔn)觀象臺臺長李富剛介紹。

憑借多年積累的觀測數(shù)據(jù)，中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺科研團(tuán)隊(duì)繪就了業(yè)界聞名的“瓦里關(guān)曲線”，揭示出全球二氧化碳含量與氣候變化的深刻關(guān)系，成為支持全球溫室氣體濃度持續(xù)上升的有力證據(jù)之一。

“在印尼巴厘島、丹麥哥本哈根世界氣候大會及其他國際性氣候變化談判會上，我國一直是全球氣候變化多邊進(jìn)程的積極參與者和堅(jiān)定維護(hù)者。其中氣候變化科學(xué)觀點(diǎn)的一個重要支撐，就是‘瓦里關(guān)曲線’及相關(guān)觀測數(shù)據(jù)?！痹谕呃镪P(guān)站工作21年、現(xiàn)任中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺副臺長的王劍瓊說，這些觀測資料已進(jìn)入溫室氣體世界數(shù)據(jù)中心和全球數(shù)據(jù)庫，用于全球溫室氣體公報，以及WMO、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）等機(jī)構(gòu)的多項(xiàng)科學(xué)評估。

數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)！

“風(fēng)速超過了2m/s，可以采樣?！币淮笤?，瓦里關(guān)站觀測業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人王寧章和觀測員任磊檢查完儀器后，拎著10多斤的人工采樣設(shè)備，來到室外溫室氣體采樣區(qū)，開始采樣操作。

首先是清洗采樣瓶。王寧章打開采樣箱，拉出5米高的采樣桿，屏住呼吸，打開開關(guān)，采樣泵發(fā)出“轟隆隆”的聲響。詳細(xì)記錄完此時采樣箱顯示的電壓、氣體流量等參數(shù)后，他跑到10多米遠(yuǎn)的下風(fēng)向處，才停下來喘起粗氣。“要避免工作人員呼出的氣體影響采樣結(jié)果。”王寧章告訴記者。

15分鐘洗瓶結(jié)束后，王寧章回到采樣裝置前，再次屏住呼吸，關(guān)掉出氣口，隨后轉(zhuǎn)身屏息跑到遠(yuǎn)處空曠區(qū)，然后一邊大口喘氣，一邊等待采樣瓶“吸”足空氣?！跋雌?、采樣的時間和流程，都有嚴(yán)格規(guī)定?！蓖鯇幷抡f，為了避免近地面上升氣流對空氣樣品產(chǎn)生影響，上午9時前必須完成采樣。

這一切精益求精的操作，都是為了精準(zhǔn)采集樣本，從而確保后續(xù)對樣本檢測數(shù)據(jù)的精確。瓦里關(guān)站目前已實(shí)現(xiàn)對部分觀測要素的連續(xù)在線監(jiān)測，但人工采集的空氣樣本仍是對設(shè)備自動監(jiān)測能力的重要補(bǔ)充。每周，瓦里關(guān)站科研人員都要定點(diǎn)進(jìn)行一次戶外采樣。

采集完樣本，王寧章又回到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行觀測設(shè)備的日常巡視。隨后，他和科研人員把采樣瓶密封打包，寄到中國氣象局和WMO中心實(shí)驗(yàn)室，獲取并分析瓦里關(guān)站碳同位素、氧同位素等要素濃度。

“利用高精度溫室氣體在線觀測儀器等先進(jìn)設(shè)備，瓦里關(guān)站實(shí)現(xiàn)了溫室氣體、反應(yīng)性氣體、氣溶膠、降水化學(xué)/酸雨、太陽輻射、臭氧柱總量等30個項(xiàng)目多個要素的全天候、高密度觀測，每天產(chǎn)生6萬多個大氣成分觀測數(shù)據(jù)，基本形成覆蓋主要大氣成分本底的觀測技術(shù)體系和技術(shù)系統(tǒng)?！蓖鮿Ν偨榻B，CO2、CH4等監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果在WMO溫室氣體數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站進(jìn)行全球共享，成為我國參與氣候變化談判以及全世界科學(xué)家研究氣候變化的重要數(shù)據(jù)。其中的溫室氣體及臭氧總量觀測數(shù)據(jù)，還成為我國風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星、碳衛(wèi)星等產(chǎn)品的地基檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“為確保數(shù)據(jù)精確，我們一開始就按照國際標(biāo)準(zhǔn)開展觀測，增強(qiáng)可比性和參考性?！蓖鮿Ν傉f，為確保觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，瓦里關(guān)站使用與WMO同一序列的標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行校準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)質(zhì)量好不好，巡回比對見真章。

WMO每兩年組織一次二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氧化亞氮等測量質(zhì)量的國際巡回標(biāo)定和比對。

“30年來，瓦里關(guān)站在歷次開展的國際巡回比對中都達(dá)到了世界氣象組織對全球本底站的質(zhì)量管理要求。這些連續(xù)、精準(zhǔn)、高質(zhì)量的大氣本底觀測數(shù)據(jù)，為氣候變化研究、大氣成分分析等工作提供了重要支撐，為促進(jìn)全球氣象科學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)了我們的力量。”李富剛說。

在中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺（瓦里關(guān)全球大氣本底站），觀測業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人王寧章（左）和觀測員任磊（右）正在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)（2024年5月13日攝） 屈辰攝/本刊

設(shè)備“上新”

“在線監(jiān)測儀，用來監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)化合物；多軸差分光學(xué)吸收光譜儀，用來測量大氣痕量氣體、氣溶膠和其他大氣成分；脈沖熒光二氧化硫分析儀，可以吸收紫外光并重新發(fā)射為熒光，進(jìn)行檢測和量化……”2022年，讀研深造畢業(yè)后再次回到瓦里關(guān)站工作的任磊，發(fā)現(xiàn)在離開的兩年多時間里，站里“上新”了不少設(shè)備。

“這些監(jiān)測設(shè)備具有高精度、高靈敏度、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能夠捕捉到大氣中各種氣體成分的微小變化?！蓖鮿Ν偨榻B。

王寧章舉例說，當(dāng)前全球大氣二氧化碳平均濃度超過400個ppm（百萬分之一），年增長率2個左右ppm。要想準(zhǔn)確監(jiān)測其變化，所用儀器精度就要達(dá)到0.1ppm，即至少要比年增長率數(shù)值低1個數(shù)量級。

新設(shè)備在觀測精度、方法、效率方面的優(yōu)勢顯而易見?！耙郧皽厥覛怏w濃度的觀測設(shè)備，1分鐘才能出1個數(shù)據(jù)。”王劍瓊說，現(xiàn)在運(yùn)用光譜法測量，每1秒出1個數(shù)據(jù)，精度能達(dá)到0.025個ppm，“這是一個重要的發(fā)展”。

觀測要素也增加了：原來只能做二氧化碳、甲烷等常規(guī)溫室氣體觀測，現(xiàn)在新設(shè)備能檢測出氧化亞氮等更多要素，有效提升后期碳中和效果評估的準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新，同樣有助于提高氣象觀測精度——通過數(shù)據(jù)清洗、融合等方法，可以剔除錯誤數(shù)據(jù)；通過篩分、擬合等方法，可以得到長序列、高精度的數(shù)據(jù)集。

“針對瓦里關(guān)山黑碳?xì)馊苣z數(shù)據(jù)，我們建立起歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，分析其濃度的日、月、年及年際變化特征；采用后向軌跡等分析方法，分析影響它的主要排放源及其輸送特征。使用這些新的分析方法，可以依托監(jiān)測數(shù)據(jù)開展黑碳?xì)馊苣z與氣候變化之間的關(guān)系研究?！比卫谡f，同樣的分析方法還應(yīng)用于對二氧化碳、甲烷等溫室氣體的嚴(yán)格分析。

隨著觀測設(shè)備和方法的不斷進(jìn)步，瓦里關(guān)站逐步實(shí)現(xiàn)了溫室氣體全要素和重要示蹤物在線觀測，基本達(dá)到全球大氣觀測計(jì)劃（GAW）中大氣成分要素的觀測全覆蓋，為應(yīng)對氣候變化和“雙碳”戰(zhàn)略提供基礎(chǔ)支撐保障。

應(yīng)用提速

2022年，由中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺牽頭申報的“青海省溫室氣體及碳中和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”入選青海省新建省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室當(dāng)年完成的《青海省溫室氣體監(jiān)測公報》，拓展了依托瓦里關(guān)站等監(jiān)測數(shù)據(jù)、面向地方開展氣象服務(wù)的新領(lǐng)域。

參與公報編制的任磊發(fā)現(xiàn)，讓“瓦里關(guān)曲線”有更大作為，不能止步于已有的基礎(chǔ)、能力和成績，需要將更多精力放到氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)背后的機(jī)理研究上，挖掘數(shù)據(jù)資源的深層次價值。這也是許多氣象基礎(chǔ)研究領(lǐng)域面對的共同課題。

瓦里關(guān)站的未來規(guī)劃，越來越清晰——

開放合作提升技術(shù)水平?！霸诒ＷC氣象數(shù)據(jù)安全的前提下，我們將與有關(guān)高校、科研院所加強(qiáng)技術(shù)合作?！比卫谡f，合作目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)觀測設(shè)備等資源共享，進(jìn)一步提高核心技術(shù)攻關(guān)水平。

與其他本底站的交流也將持續(xù)加強(qiáng)?！鞍ㄓ^測設(shè)備標(biāo)校溯源與比對技術(shù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及新觀測技術(shù)應(yīng)用、大氣成分預(yù)報、數(shù)值同化等，多維度開展合作與交流?！蓖鮿Ν傉f。

“云+端”升級推出產(chǎn)品。中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺將基于溫室氣體監(jiān)測評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、碳監(jiān)測評估技術(shù)方法體系等，建立以大數(shù)據(jù)云平臺為“云”、碳監(jiān)測評估業(yè)務(wù)平臺為“端”的業(yè)務(wù)服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)多源資料數(shù)據(jù)快速標(biāo)準(zhǔn)化處理，提升碳監(jiān)測評估業(yè)務(wù)產(chǎn)品自動生成和一體化發(fā)布能力。

“基于溫室氣體、反應(yīng)性氣體、氣溶膠等觀測數(shù)據(jù)，我們將針對敏感領(lǐng)域和重點(diǎn)行業(yè)，嘗試開展二氧化碳、黑碳、甲烷等大氣成分變化對冰凍圈、草地生態(tài)系統(tǒng)等的影響評估，發(fā)布專題服務(wù)產(chǎn)品?！鼻嗪Ｊ厥覛怏w及碳中和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李紅梅介紹，實(shí)驗(yàn)室還將圍繞實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略等重大服務(wù)需求，適時發(fā)布決策咨詢報告。

不斷提供技術(shù)支撐。作為中國氣象局溫室氣體壓制站點(diǎn)之一，瓦里關(guān)站長期為氣象部門溫室氣體計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)提供高精度溫室氣體初始標(biāo)準(zhǔn)氣，僅2023年就壓制標(biāo)準(zhǔn)氣超過150瓶。

目前，瓦里關(guān)站配氣中心已形成高精度溫室氣體觀測混合標(biāo)準(zhǔn)氣的配制方法和地方標(biāo)準(zhǔn)，包括技術(shù)規(guī)范、流程、方案等，為全國溫室氣體監(jiān)測提供技術(shù)支撐。“下一步，瓦里關(guān)站將開展鹵代溫室氣體標(biāo)準(zhǔn)氣壓配制的研究工作，不斷滿足溫室氣體不同要素的監(jiān)測需求?！蓖鮿Ν傉f。

采訪結(jié)束時，記者爬到瓦里關(guān)山高處眺望：天空湛藍(lán)、云朵雪白、重巒疊嶂。不遠(yuǎn)處，天高地闊，幾名觀測員正進(jìn)行觀測，在世界屋脊，為地球“測溫把脈”。■