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程的積極參與者和堅定維護者。其中氣候變化科學觀點的一個重要支撐，就是“瓦里關曲線”及相關觀測數據

　　“30年來，瓦里關站在歷次開展的國際巡回比對中都達到了世界氣象組織對全球本底站的質量管理要求。”

　　隨著觀測設備和方法的不斷進步，瓦里關站逐步實現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

　　穿過青海牧區的土路，仰望海拔3816米的瓦里關山，山頂的監測塔和灰色房子依稀可見。

　　“你們去哪里？”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”，進入站里的99級臺階又讓人犯了難——耳邊風聲呼嘯，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平方米業務用房、50多臺設備，每組兩人值班監測、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觀象臺（瓦里關全球大氣本底站，以下簡稱“瓦里關站”）是世界海拔最高、歐亞內陸腹地唯一的全球大氣本底觀測站。

　　“瓦里關站具有適宜的海拔高度和地理位置。這里遠離城市，無局地污染影響，能夠代表絕大多數混合均勻全球歐亞大陸大氣本底的狀況。”中國大氣本底基準觀象臺臺長李富剛介紹。

　　憑借多年積累的觀測數據，中國大氣本底基準觀象臺科研團隊繪就了業界聞名的“瓦里關曲線”，揭示出全球二氧化碳含量與氣候變化的深刻關系，成為支持全球溫室氣體濃度持續上升的有力證據之一。

　　“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程的積極參與者和堅定維護者。其中氣候變化科學觀點的一個重要支撐，就是‘瓦里關曲線’及相關觀測數據。”曾在瓦里關站工作21年、現任中國大氣本底基準觀象臺副臺長的王劍瓊說，這些觀測資料已進入溫室氣體世界數據中心和全球數據庫，用于全球溫室氣體公報，以及WMO、聯合國環境規劃署、聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）等機構的多項科學評估。

　　數據，數據！

　　“風速超過了2m/s，可以采樣。”一大早，瓦里關站觀測業務負責人王寧章和觀測員任磊檢查完儀器后，拎著10多斤的人工采樣設備，來到室外溫室氣體采樣區，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，采樣泵發出“轟隆隆”的聲響。詳細記錄完此時采樣箱顯示的電壓、氣體流量等參數后，他跑到10多米遠的下風向處，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果。”王寧章告訴記者。

　　15分鐘洗瓶結束后，王寧章回到采樣裝置前，再次屏住呼吸，關掉出氣口，隨后轉身屏息跑到遠處空曠區，然后一邊大口喘氣，一邊等待采樣瓶“吸”足空氣。“洗瓶、采樣的時間和流程，都有嚴格規定。”王寧章說，為了避免近地面上升氣流對空氣樣品產生影響，上午9時前必須完成采樣。

　　這一切精益求精的操作，都是為了精準采集樣本，從而確保后續對樣本檢測數據的精確。瓦里關站目前已實現對部分觀測要素的連續在線監測，但人工采集的空氣樣本仍是對設備自動監測能力的重要補充。每周，瓦里關站科研人員都要定點進行一次戶外采樣。

　　采集完樣本，王寧章又回到實驗室進行觀測設備的日常巡視。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中心實驗室，獲取并分析瓦里關站碳同位素、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設備，瓦里關站實現了溫室氣體、反應性氣體、氣溶膠、降水化學/酸雨、太陽輻射、臭氧柱總量等30個項目多個要素的全天候、高密度觀測，每天產生6萬多個大氣成分觀測數據，基本形成覆蓋主要大氣成分本底的觀測技術體系和技術系統。”王劍瓊介紹，CO2、CH4等監測數據及分析結果在WMO溫室氣體數據中心網站進行全球共享，成為我國參與氣候變化談判以及全世界科學家研究氣候變化的重要數據。其中的溫室氣體及臭氧總量觀測數據，還成為我國風云三號氣象衛星、碳衛星等產品的地基檢驗數據。

　　“為確保數據精確，我們一開始就按照國際標準開展觀測，增強可比性和參考性。”王劍瓊說，為確保觀測數據質量，瓦里關站使用與WMO同一序列的標準氣進行校準。

　　數據質量好不好，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、氧化亞氮等測量質量的國際巡回標定和比對。

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

　　“在線監測儀，用來監測揮發性有機化合物；多軸差分光學吸收光譜儀，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射為熒光，進行檢測和量化……”2022年，讀研深造畢業后再次回到瓦里關站工作的任磊，發現在離開的兩年多時間里，站里“上新”了不少設備。

　　“這些監測設備具有高精度、高靈敏度、高穩定性等特點，能夠捕捉到大氣中各種氣體成分的微小變化。”王劍瓊介紹。

　　王寧章舉例說，當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。要想準確監測其變化，所用儀器精度就要達到0.1ppm，即至少要比年增長率數值低1個數量級。

　　新設備在觀測精度、方法、效率方面的優勢顯而易見。“以前溫室氣體濃度的觀測設備，1分鐘才能出1個數據。”王劍瓊說，現在運用光譜法測量，每1秒出1個數據，精度能達到0.025個ppm，“這是一個重要的發展”。

　　觀測要素也增加了：原來只能做二氧化碳、甲烷等常規溫室氣體觀測，現在新設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確性。

　　數據處理方法創新，同樣有助于提高氣象觀測精度——通過數據清洗、融合等方法，可以剔除錯誤數據；通過篩分、擬合等方法，可以得到長序列、高精度的數據集。

　　“針對瓦里關山黑碳氣溶膠數據，我們建立起歷史監測數據質量控制方法，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，可以依托監測數據開展黑碳氣溶膠與氣候變化之間的關系研究。”任磊說，同樣的分析方法還應用于對二氧化碳、甲烷等溫室氣體的嚴格分析。

　　隨著觀測設備和方法的不斷進步，瓦里關站逐步實現了溫室氣體全要素和重要示蹤物在線觀測，基本達到全球大氣觀測計劃（GAW）中大氣成分要素的觀測全覆蓋，為應對氣候變化和“雙碳”戰略提供基礎支撐保障。

　　應用提速

　　2022年，由中國大氣本底基準觀象臺牽頭申報的“青海省溫室氣體及碳中和重點實驗室”入選青海省新建省級重點實驗室。實驗室當年完成的《青海省溫室氣體監測公報》，拓展了依托瓦里關站等監測數據、面向地方開展氣象服務的新領域。

　　參與公報編制的任磊發現，讓“瓦里關曲線”有更大作為，不能止步于已有的基礎、能力和成績，需要將更多精力放到氣象監測數據背后的機理研究上，挖掘數據資源的深層次價值。這也是許多氣象基礎研究領域面對的共同課題。

　　瓦里關站的未來規劃，越來越清晰——

　　開放合作提升技術水平。“在保證氣象數據安全的前提下，我們將與有關高校、科研院所加強技術合作。”任磊說，合作目標是實現觀測設備等資源共享，進一步提高核心技術攻關水平。

　　與其他本底站的交流也將持續加強。“包括觀測設備標校溯源與比對技術、數據質量控制技術、數據分析技術以及新觀測技術應用、大氣成分預報、數值同化等，多維度開展合作與交流。”王劍瓊說。

　　“云+端”升級推出產品。中國大氣本底基準觀象臺將基于溫室氣體監測評估基礎數據、碳監測評估技術方法體系等，建立以大數據云平臺為“云”、碳監測評估業務平臺為“端”的業務服務平臺，實現多源資料數據快速標準化處理，提升碳監測評估業務產品自動生成和一體化發布能力。

　　“基于溫室氣體、反應性氣體、氣溶膠等觀測數據，我們將針對敏感領域和重點行業，嘗試開展二氧化碳、黑碳、甲烷等大氣成分變化對冰凍圈、草地生態系統等的影響評估，發布專題服務產品。”青海省溫室氣體及碳中和重點實驗室主任李紅梅介紹，實驗室還將圍繞實施“雙碳”戰略等重大服務需求，適時發布決策咨詢報告。

　　不斷提供技術支撐。作為中國氣象局溫室氣體壓制站點之一，瓦里關站長期為氣象部門溫室氣體計量技術機構提供高精度溫室氣體初始標準氣，僅2023年就壓制標準氣超過150瓶。

　　目前，瓦里關站配氣中心已形成高精度溫室氣體觀測混合標準氣的配制方法和地方標準，包括技術規范、流程、方案等，為全國溫室氣體監測提供技術支撐。“下一步，瓦里關站將開展鹵代溫室氣體標準氣壓配制的研究工作，不斷滿足溫室氣體不同要素的監測需求。”王劍瓊說。

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