瞭望 | 在世界屋脊为地球测温

　　我国一直是全球气候变化多边进程的积极参与者和坚定维护者。其中气候变化科学观点的一个重要支撑，就是“瓦里关曲线”及相关观测数据

　　“30年来，瓦里关站在历次开展的国际巡回比对中都达到了世界气象组织对全球本底站的质量管理要求。”

　　随着观测设备和方法的不断进步，瓦里关站逐步实现了温室气体全要素和重要示踪物在线观测

　　文 |《瞭望》新闻周刊记者 屈辰

　　穿过青海牧区的土路，仰望海拔3816米的瓦里关山，山顶的监测塔和灰色房子依稀可见。

　　“你们去哪里？”山脚下，57岁的藏族志愿者索果一年间曾劝阻百余人上山，以免影响监测效果。见是访客，他一再叮嘱记者“山上不要烧火做饭”。

　　车辆在山壁与悬崖间的夹缝中蜿蜒而上。刚跨过“九曲十八弯”，进入站里的99级台阶又让人犯了难——耳边风声呼啸，仅迈上20多级台阶，记者就感到胸闷气短、心跳加速，体会到“山上含氧量相当于海平面67%”带给人体的切身感受。

　　这条路，站里的科研人员走了30年。

　　972平方米业务用房、50多台设备，每组两人值班监测、每7天轮换一次……作为世界气象组织全球大气观测（WMO/GAW）32个全球大气本底观测站之一，1994年挂牌成立的中国大气本底基准观象台（瓦里关全球大气本底站，以下简称“瓦里关站”）是世界海拔最高、欧亚内陆腹地唯一的全球大气本底观测站。

　　“瓦里关站具有适宜的海拔高度和地理位置。这里远离城市，无局地污染影响，能够代表绝大多数混合均匀全球欧亚大陆大气本底的状况。”中国大气本底基准观象台台长李富刚介绍。

　　凭借多年积累的观测数据，中国大气本底基准观象台科研团队绘就了业界闻名的“瓦里关曲线”，揭示出全球二氧化碳含量与气候变化的深刻关系，成为支持全球温室气体浓度持续上升的有力证据之一。

　　“在印尼巴厘岛、丹麦哥本哈根世界气候大会及其他国际性气候变化谈判会上，我国一直是全球气候变化多边进程的积极参与者和坚定维护者。其中气候变化科学观点的一个重要支撑，就是‘瓦里关曲线’及相关观测数据。”曾在瓦里关站工作21年、现任中国大气本底基准观象台副台长的王剑琼说，这些观测资料已进入温室气体世界数据中心和全球数据库，用于全球温室气体公报，以及WMO、联合国环境规划署、联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）等机构的多项科学评估。

　　数据，数据！

　　“风速超过了2m/s，可以采样。”一大早，瓦里关站观测业务负责人王宁章和观测员任磊检查完仪器后，拎着10多斤的人工采样设备，来到室外温室气体采样区，开始采样操作。

　　首先是清洗采样瓶。王宁章打开采样箱，拉出5米高的采样杆，屏住呼吸，打开开关，采样泵发出“轰隆隆”的声响。详细记录完此时采样箱显示的电压、气体流量等参数后，他跑到10多米远的下风向处，才停下来喘起粗气。“要避免工作人员呼出的气体影响采样结果。”王宁章告诉记者。

　　15分钟洗瓶结束后，王宁章回到采样装置前，再次屏住呼吸，关掉出气口，随后转身屏息跑到远处空旷区，然后一边大口喘气，一边等待采样瓶“吸”足空气。“洗瓶、采样的时间和流程，都有严格规定。”王宁章说，为了避免近地面上升气流对空气样品产生影响，上午9时前必须完成采样。

　　这一切精益求精的操作，都是为了精准采集样本，从而确保后续对样本检测数据的精确。瓦里关站目前已实现对部分观测要素的连续在线监测，但人工采集的空气样本仍是对设备自动监测能力的重要补充。每周，瓦里关站科研人员都要定点进行一次户外采样。

　　采集完样本，王宁章又回到实验室进行观测设备的日常巡视。随后，他和科研人员把采样瓶密封打包，寄到中国气象局和WMO中心实验室，获取并分析瓦里关站碳同位素、氧同位素等要素浓度。

　　“利用高精度温室气体在线观测仪器等先进设备，瓦里关站实现了温室气体、反应性气体、气溶胶、降水化学/酸雨、太阳辐射、臭氧柱总量等30个项目多个要素的全天候、高密度观测，每天产生6万多个大气成分观测数据，基本形成覆盖主要大气成分本底的观测技术体系和技术系统。”王剑琼介绍，CO2、CH4等监测数据及分析结果在WMO温室气体数据中心网站进行全球共享，成为我国参与气候变化谈判以及全世界科学家研究气候变化的重要数据。其中的温室气体及臭氧总量观测数据，还成为我国风云三号气象卫星、碳卫星等产品的地基检验数据。

　　“为确保数据精确，我们一开始就按照国际标准开展观测，增强可比性和参考性。”王剑琼说，为确保观测数据质量，瓦里关站使用与WMO同一序列的标准气进行校准。

　　数据质量好不好，巡回比对见真章。

　　WMO每两年组织一次二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氧化亚氮等测量质量的国际巡回标定和比对。

　　“30年来，瓦里关站在历次开展的国际巡回比对中都达到了世界气象组织对全球本底站的质量管理要求。这些连续、精准、高质量的大气本底观测数据，为气候变化研究、大气成分分析等工作提供了重要支撑，为促进全球气象科学的发展贡献了我们的力量。”李富刚说。

在中国大气本底基准观象台（瓦里关全球大气本底站），观测业务负责人王宁章（左）和观测员任磊（右）正在进行设备维护（2024年5月13日摄） 屈辰摄/本刊

　　设备“上新”

　　“在线监测仪，用来监测挥发性有机化合物；多轴差分光学吸收光谱仪，用来测量大气痕量气体、气溶胶和其他大气成分；脉冲荧光二氧化硫分析仪，可以吸收紫外光并重新发射为荧光，进行检测和量化……”2022年，读研深造毕业后再次回到瓦里关站工作的任磊，发现在离开的两年多时间里，站里“上新”了不少设备。

　　“这些监测设备具有高精度、高灵敏度、高稳定性等特点，能够捕捉到大气中各种气体成分的微小变化。”王剑琼介绍。

　　王宁章举例说，当前全球大气二氧化碳平均浓度超过400个ppm（百万分之一），年增长率2个左右ppm。要想准确监测其变化，所用仪器精度就要达到0.1ppm，即至少要比年增长率数值低1个数量级。

　　新设备在观测精度、方法、效率方面的优势显而易见。“以前温室气体浓度的观测设备，1分钟才能出1个数据。”王剑琼说，现在运用光谱法测量，每1秒出1个数据，精度能达到0.025个ppm，“这是一个重要的发展”。

　　观测要素也增加了：原来只能做二氧化碳、甲烷等常规温室气体观测，现在新设备能检测出氧化亚氮等更多要素，有效提升后期碳中和效果评估的准确性。

　　数据处理方法创新，同样有助于提高气象观测精度——通过数据清洗、融合等方法，可以剔除错误数据；通过筛分、拟合等方法，可以得到长序列、高精度的数据集。

　　“针对瓦里关山黑碳气溶胶数据，我们建立起历史监测数据质量控制方法，分析其浓度的日、月、年及年际变化特征；采用后向轨迹等分析方法，分析影响它的主要排放源及其输送特征。使用这些新的分析方法，可以依托监测数据开展黑碳气溶胶与气候变化之间的关系研究。”任磊说，同样的分析方法还应用于对二氧化碳、甲烷等温室气体的严格分析。

　　随着观测设备和方法的不断进步，瓦里关站逐步实现了温室气体全要素和重要示踪物在线观测，基本达到全球大气观测计划（GAW）中大气成分要素的观测全覆盖，为应对气候变化和“双碳”战略提供基础支撑保障。

　　应用提速

　　2022年，由中国大气本底基准观象台牵头申报的“青海省温室气体及碳中和重点实验室”入选青海省新建省级重点实验室。实验室当年完成的《青海省温室气体监测公报》，拓展了依托瓦里关站等监测数据、面向地方开展气象服务的新领域。

　　参与公报编制的任磊发现，让“瓦里关曲线”有更大作为，不能止步于已有的基础、能力和成绩，需要将更多精力放到气象监测数据背后的机理研究上，挖掘数据资源的深层次价值。这也是许多气象基础研究领域面对的共同课题。

　　瓦里关站的未来规划，越来越清晰——

　　开放合作提升技术水平。“在保证气象数据安全的前提下，我们将与有关高校、科研院所加强技术合作。”任磊说，合作目标是实现观测设备等资源共享，进一步提高核心技术攻关水平。

　　与其他本底站的交流也将持续加强。“包括观测设备标校溯源与比对技术、数据质量控制技术、数据分析技术以及新观测技术应用、大气成分预报、数值同化等，多维度开展合作与交流。”王剑琼说。

　　“云+端”升级推出产品。中国大气本底基准观象台将基于温室气体监测评估基础数据、碳监测评估技术方法体系等，建立以大数据云平台为“云”、碳监测评估业务平台为“端”的业务服务平台，实现多源资料数据快速标准化处理，提升碳监测评估业务产品自动生成和一体化发布能力。

　　“基于温室气体、反应性气体、气溶胶等观测数据，我们将针对敏感领域和重点行业，尝试开展二氧化碳、黑碳、甲烷等大气成分变化对冰冻圈、草地生态系统等的影响评估，发布专题服务产品。”青海省温室气体及碳中和重点实验室主任李红梅介绍，实验室还将围绕实施“双碳”战略等重大服务需求，适时发布决策咨询报告。

　　不断提供技术支撑。作为中国气象局温室气体压制站点之一，瓦里关站长期为气象部门温室气体计量技术机构提供高精度温室气体初始标准气，仅2023年就压制标准气超过150瓶。

　　目前，瓦里关站配气中心已形成高精度温室气体观测混合标准气的配制方法和地方标准，包括技术规范、流程、方案等，为全国温室气体监测提供技术支撑。“下一步，瓦里关站将开展卤代温室气体标准气压配制的研究工作，不断满足温室气体不同要素的监测需求。”王剑琼说。

　　采访结束时，记者爬到瓦里关山高处眺望：天空湛蓝、云朵雪白、重峦叠嶂。不远处，天高地阔，几名观测员正进行观测，在世界屋脊，为地球“测温把脉”。■