鐵塔之下的大氣科研

北京地區盛行西北風，為了更好地獲取代表性的氣象觀測資料，相關部門于1979年在北京西北角的上風方向——海淀區北三環馬甸橋北，北土城西路健德門橋的西南角，建成了一座高達325米、亞洲第一的氣象塔。作為中國科學院大氣物理研究所的基礎科研設備之一，這座氣象塔可以為研究城市大氣污染和大氣邊界層物理提供高質量的觀測資料，為北京市乃至全國提供服務。依托于中國科學院大氣物理研究所的大氣邊界層物理和大氣化學國家重點實驗室（State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry，英文縮寫LAPC，以下簡稱“實驗室”）就坐落在氣象塔下的小院內，固定人員80余人。實驗室于1988年利用世界銀行貸款籌建，1991年經中國科學院批準正式成立并對外開放;1995年通過國家計委驗收;2000年、2005年、2010年、2015年通過國家的4次評估，成績良好。

堅持交叉學科優勢

進行全鏈條布局

大氣邊界層是指離地球表面約1000～2000米高度的低層大氣。它是地圈、水圈、冰雪圈、生物圈與大氣圈間物質、能量交換的界面和關鍵區域，對氣候和環境的變化有極為重要的影響。人類的日?；顒印⒐まr業生產以及普通軍事活動均集中在該層，工程活動如航空航天、高層建筑設計、風能和太陽能利用等也與大氣邊界層密切相關。大氣邊界層一直是國內外大氣科學的前沿研究領域之一。

大氣邊界層物理是研究在大氣邊界層中所發生的物理現象的學科，是大氣科學的一個重要分支。邊界層的大氣，既受氣壓梯度力、科里奧利力的湍流粘性力的作用，又受地面摩擦作用和由輻射引起的溫度分布不均勻性的影響，運動非常復雜，具有渦旋和可壓縮流體的湍流特征。大氣邊界層物理是建立在大氣湍流理論基礎上的學科。大氣化學是研究大氣組成和化學過程的學科，是大氣科學的一個重要分支，涉及氣象、數學、物理、化學、生態、計算機等諸多學科。研究對象包括大氣微量氣體、氣溶膠、大氣放射性物質和降水等;研究空間范圍涵蓋對流層和平流層，水平尺度從城市、區域到全球;研究時間尺度從幾天到幾年，以至幾十年;研究手段包括現場觀測、實驗室模擬和數值模擬等。

實驗室定位于低層大氣中物理和化學過程的基礎研究，面向國際學科前沿和國家重大需求，堅持觀測實驗、理論分析和數值模擬相結合，引領我國大氣邊界層物理和大氣化學學科發展與交叉。實驗室致力于培養杰出人才，建設優秀團隊，在大氣邊界層基礎理論、大氣污染成因與模擬預測、地球生物化學循環關鍵過程、大氣化學過程與氣候變化相互影響等關鍵研究領域，開展關鍵性、前瞻性的基礎和應用基礎研究，成為該領域代表國家水平、具有國際影響力的一流國家重點實驗室。

實驗室的建設目標，是促進大氣邊界層物理和大氣化學學科發展并推動人才培養和應用研發;在大氣邊界層物理、地氣交換與碳氮循環、大氣化學及氣候變化等研究領域，做出國際上有重要影響的基礎研究和基礎性工作;在大氣環境與大氣污染預報等應用基礎研究方向，為我國經濟和社會的可持續發展作出重大貢獻，為國家氣候和環境外交提供關鍵科技支撐。

30年來，實驗室始終堅持學科交叉優勢，充分利用多種研究手段，形成了三大主要研究方向：大氣邊界層物理與探測、大氣化學與大氣環境、地氣交換與碳氮循環。

大氣邊界層物理與探測主要研究復雜下墊面湍流相干結構和邊界層陣風機制，非均勻下墊面大氣邊界層結構和交換過程，典型生態系統地-氣湍流物質、能量交換規律及特征，海洋大氣邊界層物理過程，大氣邊界層過程參數化及其模式應用，特大城市大氣邊界層理化結構探測與模擬。

大氣化學與大氣環境是大氣邊界層物理和大氣化學聯網觀測與系統集成研究，包含二次有機氣溶膠來源解析技術，區域大氣復合污染的形成機制、輸送過程與演變機理，空氣質量數值預報模式研制和多模式集合預報方法，突發性大氣污染風險場模擬預報技術及移動平臺研制。

地氣交換與碳氮循環專注溫室氣體濃度及界面交換通量觀測技術，溫帶半干旱、高寒草甸草原和青藏高原物質與能量交換，溫帶林地碳氮過程和界面物質能量交換通量特征及環境變化響應，陸地生態系統碳氮循環過程模型自主研制與應用。

除此之外，實驗室也是國內唯一一家從微觀到宏觀全鏈條布局的大氣科學實驗室，小到湍流，大到全球大氣輸送，從分子尺度到全球尺度，進行全面廣泛的研究布局，盡力確保每個研究方向都有人做。這些年，經費狀況、需求狀況不斷變化，但是實驗室頂住壓力，給予各個研究方向穩定支持，讓科研人員能夠安心坐冷板凳，無后顧之憂。

建設觀測研究網

支撐多學科發展

實驗室長期致力于建設運行國家/區域尺度的大氣邊界層物理和大氣化學觀測研究網，獲取大規模、多層面、長時間和系統性的聯網觀測資料，支撐實驗室圍繞主攻方向開展系統綜合集成研究，為國家解決環境污染、氣候變化和生態影響等重大問題提供科技支撐。持續的技術創新和長期的數據積累，驅動實驗室引領大氣邊界層物理和大氣化學學科發展和交叉，同時也為其他相關學科發展提供了大量的實驗觀測資料。

在國家尺度聯網觀測研究上，實驗室形成了CERN氣象輻射聯網觀測研究，建立和發展了中國科學院區域大氣本底觀測網（CAS-GAW），進行了中國區域氣溶膠光學特性地基聯網觀測研究，建立了中國大氣氣溶膠化學成分觀測網（CARE-China）。

中國生態系統研究網絡（CERN）是與美國長期生態研究網絡（LTER）、英國環境變化網絡（ECN）齊名的三大國家網絡之一，實驗室負責CERN氣象輻射觀測網（MROS）的建設和運行。實驗室發展了標定核心技術方法，研制了新一代生態系統氣象輻射觀測標定技術平臺，支撐了觀測網（45站）第二次更新改造。系列技術方法創新與地理資源所、中國環境科學院、南京土壤研究所等單位共同獲2011年度國家科技進步獎二等獎。此外，實驗室聯合中國科學院5家單位，在中國科學院的支持下，2005年在東北長白山、西北阜康、華北興隆、西南貢嘎山和華南鼎湖山建成中國科學院區域大氣本底觀測網（CAS-GAW）。實驗室創新了溫室氣體、化學活性氣體和氣溶膠觀測技術方法，獲得3項國家發明專利和5項實用新型專利，因為突出的成果，實驗室2011年與安徽光機所等單位共獲國家科技進步獎二等獎。

在區域尺度聯網觀測研究上，在國家領導人和中國科學院領導的直接批示下，實驗室于2007年北京奧運會前期，作為首席科學家單位參與組織中國科學院“北京大氣環境監測行動計劃”，建立“北京及周邊地區大氣環境監測網”;2008年得到中國科學院和北京市的共同資助，觀測網升級為“北京及周邊地區奧運大氣環境監測和預警網”，為北京實現“綠色奧運”的夢想作出了重要貢獻;2009年—2011年，實驗室承擔北京市科委課題，建立“北京及近周邊大氣復合污染綜合立體監測網”;實驗室建立了“京津冀大氣霾污染溯源觀測網”和“區域大氣污染物沉降通量觀測網”。系列區域聯網觀測研究取得系列亮點研究成果。

為了能夠凝聚人心，實驗室從2011年起，實行“研究員大會”制度進行決策：針對制度的事項，采取實名投票;針對個人的事項，則實行匿名投票。不僅如此，每個研究員還均有機會當選大會的輪值主席，每人為期3個月。由此，人人都能夠站在全室的高度和他人的角度去思考和決策，從而團結隊伍，并始終圍繞國家需求展開科研工作。如今，風雨兼程30年，鐵塔之下的幽靜小院，仍然不忘初心，默默堅守大氣科研。