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(xué)觀點的一個重要支撐，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)備和方法的不斷進步，瓦里關(guān)站逐步實現(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)ツ睦铮俊鄙侥_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)觀象臺科研團隊繪就了業(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程的積極參與者和堅定維護者。其中氣候變化科學(xué)觀點的一個重要支撐，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）等機構(gòu)的多項科學(xué)評估。

數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)！

“風(fēng)速超過了2m/s，可以采樣。”一大早，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)測能力的重要補充。每周，瓦里關(guān)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(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中心實驗室，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設(shè)備，瓦里關(guān)站實現(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，為促進全球氣象科學(xué)的發(fā)展貢獻了我們的力量。”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）正在進行設(shè)備維護（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，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)?！蓖鮿Ν傉f，現(xiàn)在運用光譜法測量，每1秒出1個數(shù)據(jù)，精度能達到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)備和方法的不斷進步，瓦里關(guān)站逐步實現(xiàn)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(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實驗室”入選青海省新建省級重點實驗室。實驗室當(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、科研院所加強技術(shù)合作?！比卫谡f，合作目標(biāo)是實現(xiàn)觀測設(shè)備等資源共享，進一步提高核心技術(shù)攻關(guān)水平。

與其他本底站的交流也將持續(xù)加強?！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及碳中和重點實驗室主任李紅梅介紹，實驗室還將圍繞實施“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之一，瓦里關(guān)站長期為氣象部門溫室氣體計量技術(shù)機構(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?！跋乱徊剑呃镪P(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、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”。■