瞭望 | 在世界屋脊為地球測(cè)溫

我國(guó)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(guān)點(diǎn)的一個(gè)重要支撐，就是“瓦里關(guān)曲線(xiàn)”及相關(guān)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)

“30年來(lái)，瓦里關(guān)站在歷次開(kāi)展的國(guó)際巡回比對(duì)中都達(dá)到了世界氣象組織對(duì)全球本底站的質(zhì)量管理要求。”

隨著觀(guān)測(cè)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(xiàn)觀(guān)測(cè)

文 |《瞭望》新聞周刊記者 屈辰

穿過(guò)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(cè)塔和灰色房子依稀可見(jiàn)。

“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(cè)效果。見(jiàn)是訪(fǎng)客，他一再叮囑記者“山上不要燒火做飯”。

車(chē)輛在山壁與懸崖間的夾縫中蜿蜒而上。剛跨過(guò)“九曲十八彎”，進(jìn)入站里的99級(jí)臺(tái)階又讓人犯了難——耳邊風(fēng)聲呼嘯，僅邁上20多級(jí)臺(tái)階，記者就感到胸悶氣短、心跳加速，體會(huì)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(tái)設(shè)備，每組兩人值班監(jiān)測(cè)、每7天輪換一次……作為世界氣象組織全球大氣觀(guān)測(cè)(WMO/GAW)32個(gè)全球大氣本底觀(guān)測(cè)站之一，1994年掛牌成立的中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)(瓦里關(guān)全球大氣本底站，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(guān)測(cè)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(wú)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。”中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)李富剛介紹。

憑借多年積累的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)科研團(tuán)隊(duì)繪就了業(yè)界聞名的“瓦里關(guān)曲線(xiàn)”，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(huì)及其他國(guó)際性氣候變化談判會(huì)上，我國(guó)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(guān)點(diǎn)的一個(gè)重要支撐，就是‘瓦里關(guān)曲線(xiàn)’及相關(guān)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。”曾在瓦里關(guān)站工作21年、現(xiàn)任中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)的王劍瓊說(shuō)，這些觀(guān)測(cè)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(kù)，用于全球溫室氣體公報(bào)，以及WMO、聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署、聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)等機(jī)構(gòu)的多項(xiàng)科學(xué)評(píng)估。

數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)!

“風(fēng)速超過(guò)了2m/s，可以采樣。”一大早，瓦里關(guān)站觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人王寧章和觀(guān)測(cè)員任磊檢查完儀器后，拎著10多斤的人工采樣設(shè)備，來(lái)到室外溫室氣體采樣區(qū)，開(kāi)始采樣操作。

首先是清洗采樣瓶。王寧章打開(kāi)采樣箱，拉出5米高的采樣桿，屏住呼吸，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，采樣泵發(fā)出“轟隆隆”的聲響。詳細(xì)記錄完此時(shí)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(lái)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。“洗瓶、采樣的時(shí)間和流程，都有嚴(yán)格規(guī)定。”王寧章說(shuō)，為了避免近地面上升氣流對(duì)空氣樣品產(chǎn)生影響，上午9時(shí)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(duì)樣本檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確。瓦里關(guān)站目前已實(shí)現(xiàn)對(duì)部分觀(guān)測(cè)要素的連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，但人工采集的空氣樣本仍是對(duì)設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(hù)外采樣。

采集完樣本，王寧章又回到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行觀(guān)測(cè)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(guó)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(xiàn)觀(guān)測(cè)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(yáng)輻射、臭氧柱總量等30個(gè)項(xiàng)目多個(gè)要素的全天候、高密度觀(guān)測(cè)，每天產(chǎn)生6萬(wàn)多個(gè)大氣成分觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，基本形成覆蓋主要大氣成分本底的觀(guān)測(cè)技術(shù)體系和技術(shù)系統(tǒng)。”王劍瓊介紹，CO2、CH4等監(jiān)測(cè)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(guó)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(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，還成為我國(guó)風(fēng)云三號(hào)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(kāi)始就按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展觀(guān)測(cè)，增強(qiáng)可比性和參考性。”王劍瓊說(shuō)，為確保觀(guān)測(cè)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(duì)見(jiàn)真章。

WMO每?jī)赡杲M織一次二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氧化亞氮等測(cè)量質(zhì)量的國(guó)際巡回標(biāo)定和比對(duì)。

“30年來(lái)，瓦里關(guān)站在歷次開(kāi)展的國(guó)際巡回比對(duì)中都達(dá)到了世界氣象組織對(duì)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(guān)測(cè)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(shuō)。

在中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)(瓦里關(guān)全球大氣本底站)，觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人王寧章(左)和觀(guān)測(cè)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(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，用來(lái)監(jiān)測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物;多軸差分光學(xué)吸收光譜儀，用來(lái)測(cè)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(cè)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(kāi)的兩年多時(shí)間里，站里“上新”了不少設(shè)備。

“這些監(jiān)測(cè)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。”王劍瓊介紹。

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

新設(shè)備在觀(guān)測(cè)精度、方法、效率方面的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。“以前溫室氣體濃度的觀(guān)測(cè)設(shè)備，1分鐘才能出1個(gè)數(shù)據(jù)。”王劍瓊說(shuō)，現(xiàn)在運(yùn)用光譜法測(cè)量，每1秒出1個(gè)數(shù)據(jù)，精度能達(dá)到0.025個(gè)ppm，“這是一個(gè)重要的發(fā)展”。

觀(guān)測(cè)要素也增加了：原來(lái)只能做二氧化碳、甲烷等常規(guī)溫室氣體觀(guān)測(cè)，現(xiàn)在新設(shè)備能檢測(cè)出氧化亞氮等更多要素，有效提升后期碳中和效果評(píng)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(guān)測(cè)精度——通過(guò)數(shù)據(jù)清洗、融合等方法，可以剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù);通過(guò)篩分、擬合等方法，可以得到長(zhǎng)序列、高精度的數(shù)據(jù)集。

“針對(duì)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(cè)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(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展黑碳?xì)馊苣z與氣候變化之間的關(guān)系研究。”任磊說(shuō)，同樣的分析方法還應(yīng)用于對(duì)二氧化碳、甲烷等溫室氣體的嚴(yán)格分析。

隨著觀(guān)測(cè)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(xiàn)觀(guān)測(cè)，基本達(dá)到全球大氣觀(guān)測(cè)計(jì)劃(GAW)中大氣成分要素的觀(guān)測(cè)全覆蓋，為應(yīng)對(duì)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(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)牽頭申報(bào)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(jí)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(cè)公報(bào)》，拓展了依托瓦里關(guān)站等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、面向地方開(kāi)展氣象服務(wù)的新領(lǐng)域。

參與公報(bào)編制的任磊發(fā)現(xiàn)，讓“瓦里關(guān)曲線(xiàn)”有更大作為，不能止步于已有的基礎(chǔ)、能力和成績(jī)，需要將更多精力放到氣象監(jiān)測(cè)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(jià)值。這也是許多氣象基礎(chǔ)研究領(lǐng)域面對(duì)的共同課題。

瓦里關(guān)站的未來(lái)規(guī)劃，越來(lái)越清晰——

開(kāi)放合作提升技術(shù)水平。“在保證氣象數(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。”任磊說(shuō)，合作目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)觀(guān)測(cè)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)。“包括觀(guān)測(cè)設(shè)備標(biāo)校溯源與比對(duì)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(guān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用、大氣成分預(yù)報(bào)、數(shù)值同化等，多維度開(kāi)展合作與交流。”王劍瓊說(shuō)。

“云+端”升級(jí)推出產(chǎn)品。中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀(guān)象臺(tái)將基于溫室氣體監(jiān)測(cè)評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、碳監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)方法體系等，建立以大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為“云”、碳監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)為“端”的業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)，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(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)產(chǎn)品自動(dòng)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(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，我們將針對(duì)敏感領(lǐng)域和重點(diǎn)行業(yè)，嘗試開(kāi)展二氧化碳、黑碳、甲烷等大氣成分變化對(duì)冰凍圈、草地生態(tài)系統(tǒng)等的影響評(píng)估，發(fā)布專(zhuān)題服務(wù)產(chǎn)品。”青海省溫室氣體及碳中和重點(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(shí)發(fā)布決策咨詢(xún)報(bào)告。

不斷提供技術(shù)支撐。作為中國(guó)氣象局溫室氣體壓制站點(diǎn)之一，瓦里關(guān)站長(zhǎng)期為氣象部門(mén)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(guò)150瓶。

目前，瓦里關(guān)站配氣中心已形成高精度溫室氣體觀(guān)測(cè)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(guó)溫室氣體監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐。“下一步，瓦里關(guān)站將開(kāi)展鹵代溫室氣體標(biāo)準(zhǔn)氣壓配制的研究工作，不斷滿(mǎn)足溫室氣體不同要素的監(jiān)測(cè)需求。”王劍瓊說(shuō)。

采訪(fǎng)結(jié)束時(shí)，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(guān)測(cè)員正進(jìn)行觀(guān)測(cè)，在世界屋脊，為地球“測(cè)溫把脈”。