2024年12月1日，我國(guó)建于南極拉斯曼丘陵的南極中山國(guó)家大氣本底站正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。目前，該站已建成涵蓋臭氧、二氧化碳、氣溶膠等七大類大氣成分多要素的綜合觀測(cè)體系。作為我國(guó)首個(gè)境外大氣本底站以及南極中山雪冰和空間特殊環(huán)境與災(zāi)害國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，該站將對(duì)大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈互動(dòng)機(jī)制開展數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)分析，以支撐全球應(yīng)對(duì)氣候變化。其觀測(cè)數(shù)據(jù)也已被納入世界氣象組織《南極“臭氧洞”公報(bào)》、中國(guó)氣象局《極地氣候變化年報(bào)》。

對(duì)于公眾而言，大氣本底站這個(gè)名詞聽上去有些陌生。什么是大氣本底和大氣本底站？大氣本底站是用來做什么的？它與氣象臺(tái)站是一回事嗎？我國(guó)有多少個(gè)大氣本底站，目前都取得了哪些科研成果？

觀測(cè)大氣變化的前哨

在介紹有關(guān)大氣本底站的知識(shí)前，我們先來認(rèn)識(shí)一下大氣本底。

大氣本底是指在全球或區(qū)域尺度范圍內(nèi)，大氣成分及其相關(guān)特性的長(zhǎng)期平均狀態(tài)和變化規(guī)律。通俗來講，大氣本底是指不受人類活動(dòng)與局地環(huán)境污染影響區(qū)域大氣成分的自然含量，其特性與狀態(tài)變化趨勢(shì)可作為氣候變化與生態(tài)變遷的科學(xué)佐證。

觀測(cè)大氣本底需在遠(yuǎn)離人類活動(dòng)影響的區(qū)域進(jìn)行，對(duì)經(jīng)過充分混合、不受局地污染物排放影響的大氣成分進(jìn)行觀測(cè)， 以最大限度“ 還原” 大氣的真實(shí)狀況與成分構(gòu)成。

大氣本底站堪稱把握大氣本底變化規(guī)律的“ 指示牌”， 其全稱為大氣本底監(jiān)測(cè)站。除了觀測(cè)基礎(chǔ)氣象要素外， 大氣本底站的工作人員會(huì)圍繞溫室氣體、氣溶膠、反應(yīng)性氣體、大氣臭氧總量、大氣干濕沉降以及太陽輻射變化等大氣成分要素， 開展定點(diǎn)、長(zhǎng)期、連續(xù)的觀測(cè)。其數(shù)據(jù)資料可揭示大氣運(yùn)動(dòng)的物理和化學(xué)過程， 對(duì)提高氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率、拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域具有重要意義。另外， 由于這些測(cè)量站點(diǎn)周圍的大氣成分相對(duì)潔凈穩(wěn)定、遠(yuǎn)離人為干擾， 可讓研究人員準(zhǔn)確地感知溫室氣體濃度變化， 捕捉氣候變化的微小信號(hào)。經(jīng)過長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累，能夠逐步摸清本區(qū)域的氣候變化趨勢(shì)。

全球大氣本底站的建立源于人們對(duì)全球變暖與大氣環(huán)境污染問題的廣泛關(guān)注。20 世紀(jì)60 年代后期， 世界氣象組織建立了背景大氣本底污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)（BAPMoN）。1989 年，世界氣象組織將背景大氣本底污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)與全球臭氧觀測(cè)系統(tǒng)合并，實(shí)施了全球大氣觀測(cè)計(jì)劃（WMO GAW）， 陸續(xù)在全球不同地區(qū)開展大氣本底觀測(cè)。

世界氣象組織全球大氣觀測(cè)計(jì)劃按照站址代表性， 將大氣本底站分為兩類， 其中， 全球大氣本底站代表的空間尺度范圍一般在數(shù)千千米以上，區(qū)域大氣本底站代表的空間尺度范圍僅為幾十至數(shù)百千米。目前， 世界范圍內(nèi)有34個(gè)全球大氣本底站、400余個(gè)區(qū)域大氣本底站。

為何不納入氣象站網(wǎng)

一提到大氣觀測(cè)，人們首先想到的就是氣象站。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)的氣象站如今已遍布縣及縣以上行政區(qū)域，不僅在泰山、黃山、峨眉山等名山大川建有氣象站，而且在漠河市北極村（鎮(zhèn)）、三沙市（南海）永暑礁等祖國(guó)邊陲也建有氣象站。不過，在27個(gè)國(guó)家氣候觀象臺(tái)、200 余個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣候站（ 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)）、1000 多個(gè)國(guó)家基本氣象站組成的國(guó)家氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)中，找不到大氣本底站的身影，國(guó)家氣候觀象臺(tái)才是氣象站中的“頂流”。不僅如此，在全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中也難覓大氣本底站的蹤跡。

這是為什么呢？

既然大氣本底站也是對(duì)大氣進(jìn)行觀測(cè)，為何不利用已經(jīng)建好的氣象臺(tái)站與環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，而是興建專門的大氣本底站？氣象觀測(cè)站、環(huán)境監(jiān)測(cè)站與大氣本底站到底有什么區(qū)別？

大氣本底站是經(jīng)世界氣象組織布局興建的，具有全球?qū)傩耘c科考價(jià)值，其重要程度遠(yuǎn)超國(guó)家氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，且它們?cè)谟^測(cè)內(nèi)容、觀測(cè)尺度、應(yīng)用領(lǐng)域等方面差異巨大。通俗地說， 氣象站網(wǎng)是給天氣現(xiàn)象做“CT 掃描”，環(huán)境站點(diǎn)是給污染空氣做“激光彩超”，大氣本底站則是給大氣成分做“核磁共振”。

從觀測(cè)內(nèi)容看，氣象站觀測(cè)氣溫、降水、大風(fēng)等天氣現(xiàn)象，涉及的觀測(cè)要素大多集中在大氣物理領(lǐng)域；而大氣本底站除了觀測(cè)常規(guī)氣象要素外，主要觀測(cè)大氣成分，像臭氧、氮氧化物、黑碳等懸浮顆粒物以及酸雨與降水化學(xué)等項(xiàng)目，大多屬于大氣化學(xué)范疇，這點(diǎn)與環(huán)保部門的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)類似，均與生態(tài)環(huán)境、人體健康密切相關(guān)。

只是，環(huán)境站的監(jiān)測(cè)集中在城市下墊面、易污染區(qū)域、大氣環(huán)境復(fù)雜場(chǎng)景，聚焦在小范圍污染引發(fā)的空氣質(zhì)量瞬間驟變波幅，監(jiān)測(cè)尺度梯度相對(duì)較??；而大氣本底站觀測(cè)地處野外，觀測(cè)高空、大尺度、不受人為影響、穩(wěn)定且純凈的大氣長(zhǎng)期變化規(guī)律，監(jiān)測(cè)尺度梯度相對(duì)更大。

在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，氣象站與環(huán)境站現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)主要用于向社會(huì)及時(shí)發(fā)布城市天氣預(yù)報(bào)與空氣污染預(yù)警，均屬常規(guī)業(yè)務(wù)范疇。大氣本底站的觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)歷史累積后獨(dú)具科研價(jià)值，可用來進(jìn)行全球或區(qū)域氣候變化研究，并可作為國(guó)際組織與政府間制定產(chǎn)業(yè)政策、改善人居環(huán)境、發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的決策依據(jù)。

簡(jiǎn)單來講，氣象站

記錄生活中的雨雪風(fēng)霜，環(huán)境站關(guān)注城市空氣污染，大氣本底站則專門觀測(cè)與研究那些涉及“臭氧層”的“高端”活動(dòng)。冒納羅亞全球大氣本底站該站位于美國(guó)夏威夷島冒納羅亞火山荒蕪的北坡，海拔3397 米，高于信風(fēng)逆溫層，大氣潔凈度極高，是世界上最早建立的全球大氣本底站之一。這里因從1958年開始連續(xù)觀測(cè)大氣二氧化碳濃度變化而聞名于世。其觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠客觀地反映全球溫室氣體變化，成為研究全球氣候變化的科學(xué)佐證。

記錄中國(guó)大氣萬千變化

1979年，我國(guó)政府組織海洋氣象科技代表團(tuán)訪問美國(guó)，參觀了20多家氣象科技單位，其中就包括冒納羅亞全球大氣本底站。這次參觀訪問讓我國(guó)的氣象專家意識(shí)到，國(guó)內(nèi)在大氣成分監(jiān)測(cè)、空氣污染預(yù)報(bào)及控制等領(lǐng)域還是一片“空白”。

為填補(bǔ)“空白”，我國(guó)從20世紀(jì)80年代著手建設(shè)大氣本底觀測(cè)站網(wǎng)。直到20世紀(jì)末，我國(guó)的大氣本底觀測(cè)站網(wǎng)長(zhǎng)期維持著“3+1”的結(jié)構(gòu)布局，其中，“3”是指北京上甸子、浙江臨安、黑龍江龍鳳山三大區(qū)域大氣本底站，“1”是指青海瓦里關(guān)全球大氣本底站。我國(guó)也是世界上較早開展大氣本底觀測(cè)的國(guó)家之一。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，這些穩(wěn)定運(yùn)行的大氣本底站獲得了眾多珍貴的科研成果。

北京上甸子站 問診首都藍(lán)天白云

上甸子國(guó)家大氣本底站坐落于北京市密云區(qū)高嶺鎮(zhèn)上甸子村，是我國(guó)第一個(gè)大氣本底站，主要承擔(dān)華北地區(qū)及京津冀地區(qū)大氣環(huán)境觀測(cè)與氣候變化研究的任務(wù)。

該站于1958 年開展地面氣象觀測(cè)，1981 年在此建設(shè)區(qū)域大氣本底站，并在1982 年開始進(jìn)行大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)，一直關(guān)注酸雨、PM10、臭氧總量、大氣飄塵、大氣混濁度、降水化學(xué)分析以及二氧化碳?xì)怏w的觀測(cè)與研究。目前，該站的觀測(cè)項(xiàng)目涵蓋《京都議定書》中的六大類近百余種要素。

2005 年，上甸子國(guó)家大氣本底站通過了由科技部組織的國(guó)家野外站評(píng)審，成為全國(guó)首批大氣本底國(guó)家野外科學(xué)研究站。

從大西北刮來的沙塵暴與周邊環(huán)境造成的霧霾天，逃不過其敏銳的“眼睛”；燕山區(qū)域大氣“變暖”與“變干”的事實(shí)，也是根據(jù)上甸子站長(zhǎng)達(dá)60年的氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論。近10年來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，北京的PM2.5和一氧化碳、二氧化硫濃度呈明顯下降趨勢(shì)，二氧化氮濃度下降趨勢(shì)不明顯，臭氧與溫室氣體濃度有所增加。這些數(shù)據(jù)已成為檢驗(yàn)大氣污染治理成果的“試金石”，從“APEC藍(lán)”到“奧運(yùn)藍(lán)”，今天的北京確實(shí)較以往擁有了更多的藍(lán)天、白云。

浙江臨安站 把脈“長(zhǎng)三角”的風(fēng)向標(biāo)

1983年，中國(guó)氣象局就在浙江臨安獅子山下、西徑山旁的大羅村一座海拔138.6米的小山上建設(shè)了臨安國(guó)家大氣本底站，其觀測(cè)范圍輻射江蘇、浙江、上海等地。

該站通過對(duì)氣溶膠與氣態(tài)污染物的光學(xué)、物理、化學(xué)特性分析，再結(jié)合臭氧垂直廓線測(cè)定，光化輻射通量譜、紫外總輻射、地表通量和輻射平衡觀測(cè)，能靈敏捕捉到來自“長(zhǎng)三角”城市群大氣成分的變化軌跡與發(fā)展趨勢(shì)，使自身成為監(jiān)測(cè)該地區(qū)大規(guī)模工業(yè)化、城市化進(jìn)程中生態(tài)環(huán)境保護(hù)的“消息樹”。

自1984年投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來，該站已積累超過40 年的大氣本底觀測(cè)數(shù)據(jù)。浙江省氣象部門還以臨安國(guó)家大氣本底站為中心站，建設(shè)了覆蓋全省的高質(zhì)量溫室氣體觀測(cè)站網(wǎng)，以便更好地滿足“碳達(dá)峰”“碳中和”評(píng)估分析需求，為政府決策提供更加有力的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)保障。

2016年，臨安國(guó)家大氣本底站順利通過世界氣象組織/世界標(biāo)校中心（WMO/WCC）的嚴(yán)格考核。這標(biāo)志著，其溫室氣體和地面臭氧觀測(cè)系統(tǒng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

黑龍江龍鳳山站 探尋關(guān)東林海雪原

龍鳳山國(guó)家大氣本底站始建于1987年，1991年10月投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。該站地處松嫩平原丘陵地帶張廣才嶺中部，擔(dān)負(fù)著對(duì)周圍大片森林、濕地、農(nóng)田以及三江流域大氣成分的采樣任務(wù)。

該站通過對(duì)我國(guó)唯一的世界級(jí)冰雪旅游帶、“北國(guó)稻米之鄉(xiāng)”以及松遼平原廣大區(qū)域大氣成分的自然含量、特性與狀態(tài)變化趨勢(shì)的連續(xù)觀測(cè)，累計(jì)獲取超過百萬組高精度大氣本底數(shù)據(jù)，找到了打開中溫帶大陸性季風(fēng)氣候以及生物質(zhì)燃燒（秸稈焚燒）對(duì)北大荒黑土地影響的“密碼鎖”，服務(wù)于祖國(guó)大糧倉、興安大森工、大慶大油田、煤田大礦山的生態(tài)平衡。

不久前，龍鳳山國(guó)家大氣本底站正式啟動(dòng)大氣成分觀測(cè)數(shù)據(jù)集建設(shè)工作。該數(shù)據(jù)集將完整記錄東北亞季風(fēng)區(qū)大氣本底演變過程，成為東北地區(qū)首個(gè)時(shí)間跨度超過30年的高精度大氣本底觀測(cè)數(shù)據(jù)資源，廣泛應(yīng)用于極端天氣預(yù)警、碳收支核算、生態(tài)安全評(píng)估等領(lǐng)域，為東北亞氣候變化研究和寒地區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

青海瓦里關(guān)站 吐納亞歐大陸呼吸

20世紀(jì)90年代，全球二氧化碳濃度不斷升高的趨勢(shì)已不容忽視，為了解大氣成分的具體變化情況和發(fā)展趨勢(shì)，世界氣象組織在南北極等地陸續(xù)開始建立大氣本底觀測(cè)站，但歐亞大陸腹地仍是一片空白。

為彌補(bǔ)全球大氣本底監(jiān)測(cè)網(wǎng)的空白，中國(guó)氣象局聯(lián)合世界氣象組織自1989年開始啟動(dòng)全球大氣本底站的選址工作，地處青藏高原三江源腹地的瓦里關(guān)山最終成功入圍。瓦里關(guān)山海拔3816 米，地勢(shì)孤立，人煙稀少，年平均氣溫在0℃以下，平均含氧量相當(dāng)于海平面的67%，空間和環(huán)境代表性較好。

1994年9月17日，瓦里關(guān)全球大氣本底站投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。它也是我國(guó)唯一的全球大氣本底站。

作為海拔最高的全球大氣本底站，瓦里關(guān)站陸續(xù)開展了七大類24項(xiàng)200多種關(guān)鍵大氣成分要素的觀測(cè)，形成全要素、全覆蓋的完整的大氣本底觀測(cè)技術(shù)體系。站內(nèi)的大部分觀測(cè)項(xiàng)目可24小時(shí)不間斷運(yùn)行， 每天產(chǎn)生20余萬條數(shù)據(jù)鏈。

該站最具代表性的成就之一是擁有國(guó)內(nèi)連續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的溫室氣體濃度數(shù)據(jù)序列。基于瓦里關(guān)全球大氣本底站30年準(zhǔn)確可靠、國(guó)際可比的觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制出的“二氧化碳變化曲線”，在國(guó)際氣象學(xué)領(lǐng)域赫赫有名。經(jīng)國(guó)際對(duì)比分析，瓦里關(guān)全球大氣本底站觀測(cè)到的二氧化碳濃度變化， 與相距數(shù)千千米之遙的西太平洋夏威夷島冒納羅亞全球大氣本底站觀測(cè)到的二氧化碳濃度變化波幅基本同步，是支持全球溫室氣體濃度持續(xù)上升這一論點(diǎn)的有力證據(jù)，也是支撐聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的重要數(shù)據(jù)之一。這條曲線被稱為“瓦里關(guān)曲線”。

2006年后， 我國(guó)陸續(xù)新建4 個(gè)區(qū)域大氣本底站：在新疆阿勒泰興建阿克達(dá)拉大氣本底站，觀測(cè)天山冰川融水、戈壁大氣成分以及大西洋季風(fēng)挺進(jìn)歐亞大陸對(duì)中亞區(qū)域的影響；在云南迪慶建設(shè)香格里拉大氣本底站，觀測(cè)云貴高原三江并流生態(tài)區(qū)域大氣變化以及印度洋季風(fēng)遠(yuǎn)距離輸送對(duì)中南半島區(qū)域的影響；在湖北咸寧建設(shè)金沙大氣本底站，觀測(cè)長(zhǎng)江中游大氣干濕沉降以及五大湖區(qū)水體生態(tài)修復(fù)進(jìn)程；在廣東韶關(guān)建設(shè)的新豐大氣本底站可觀測(cè)粵港澳大灣區(qū)大氣質(zhì)量以及西太平洋季風(fēng)對(duì)嶺南低緯度地區(qū)的影響。至此，我國(guó)的國(guó)家級(jí)大氣本底核心觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系初步建成。

但是，在更長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變化影響下，這些本底站的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。為此，中國(guó)氣象局于2018年印發(fā)《大氣本底站建設(shè)指導(dǎo)意見》，提出在環(huán)渤海陸海氣、黃淮農(nóng)田生態(tài)、四川盆地環(huán)境、錫林郭勒草原、敦煌沙漠陸面過程、青藏高原陸面與大氣過程等8個(gè)氣候系統(tǒng)關(guān)鍵觀測(cè)區(qū)新建一批國(guó)家大氣本底站，實(shí)現(xiàn)16個(gè)氣候系統(tǒng)關(guān)鍵觀測(cè)區(qū)國(guó)家大氣本底站的全覆蓋。同時(shí)，有針對(duì)性地在海洋、島嶼以及境外極地等特殊生態(tài)功能區(qū)建設(shè)一批大氣本底站，作為探測(cè)全球氣候變化規(guī)律的有益補(bǔ)充。

大氣本底站為何選址在野外

大氣本底站選址荒山野嶺，主要是為了還原大氣真實(shí)狀況與初始原貌。根據(jù)規(guī)定，大氣本底站附近30千米范圍為保護(hù)區(qū)，禁止進(jìn)行工商業(yè)開發(fā)建設(shè)；1千米范圍內(nèi)為核心區(qū)，盡量保證人煙稀少。為保持觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，周邊環(huán)境在50年內(nèi)不允許發(fā)生大的變化。由于山區(qū)相對(duì)封閉，大氣成分受風(fēng)力及風(fēng)向影響甚小，因而備受青睞，成為大氣本底站建站的不二之選。

超越科學(xué)范疇的價(jià)值

節(jié)能減排是將全球升溫幅度控制在閾值以內(nèi)最有效的方式，大氣本底觀測(cè)數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)與評(píng)判減排效果的最具權(quán)威的依據(jù)，因而，大氣本底站在延緩全球變暖、推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)中具有指標(biāo)性意義。

我國(guó)一直是全球氣候變化多邊談判進(jìn)程的積極參與者與堅(jiān)定維護(hù)者，“瓦里關(guān)曲線”揭示了東亞乃至北半球大氣環(huán)流的變化規(guī)律，為做出全球溫室氣體濃度持續(xù)上升這一結(jié)論提供了有力證據(jù)，極大地提升了我國(guó)在國(guó)際氣候變化談判中的話語權(quán)。

南北兩極是全球氣候變化的“放大器”。南極中山大氣本底站的建成， 讓我國(guó)在極地有了觀測(cè)全球氣候變化的“ 瞭望哨”， 有望在未來繪就一條“ 南極中山曲線”。在全球創(chuàng)建“ 有序人類活動(dòng)” 理論框架中，中國(guó)也將為發(fā)展中國(guó)家推動(dòng)“碳達(dá)峰” 與“ 碳中和” 實(shí)踐爭(zhēng)取更大的權(quán)益。

【責(zé)任編輯】趙菲