中國(guó)大氣本底觀測(cè)：減污降碳背景下主要大氣成分變化趨勢(shì)

張勇 顏鵬 靳軍莉 周青 梁苗 荊俊山 孫萬啟 婁夢(mèng)筠 呂珊珊

（中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心，北京 100081）

0 引言

大氣成分變化對(duì)天氣氣候、環(huán)境生態(tài)和水資源，以及人體健康、社會(huì)生活等方方面面都有重要影響。持續(xù)增加的溫室氣體，尤其是CO2等引起的全球暖化、人為排放的CFCs對(duì)南極臭氧洞破壞，以及化石燃料燃燒引起的酸雨和空氣污染問題，成為影響當(dāng)今世界發(fā)展的焦點(diǎn)問題。大氣成分在大氣中的壽命可以長(zhǎng)達(dá)幾十、幾百年以上，如大氣二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）等長(zhǎng)壽命溫室氣體，也可以只有幾天或更短，如較短壽命的氣溶膠、反應(yīng)性氣體等。只有通過長(zhǎng)期觀測(cè)，了解這些大氣成分的濃度水平、相關(guān)源匯過程，才能準(zhǔn)確地評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)當(dāng)前地球氣候、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成的影響，更好地預(yù)測(cè)未來的可能影響，趨利避害，保護(hù)全人類的發(fā)展和生存條件。大氣本底觀測(cè)就是通過全球長(zhǎng)期、可靠的系統(tǒng)觀測(cè)，獲取有關(guān)大氣組分及其變化信息，以增強(qiáng)對(duì)環(huán)境、生態(tài)和氣候影響的評(píng)估和預(yù)測(cè)水平，減緩或遏制不良的氣候環(huán)境變化趨勢(shì)。

國(guó)際上對(duì)全球大氣成分的監(jiān)測(cè)最早可以追溯到20世紀(jì)20年代，在全球多個(gè)地點(diǎn)開展臭氧總量的長(zhǎng)期觀測(cè)。1957年，世界氣象組織（WMO）協(xié)調(diào)建立了第一個(gè)全球性的業(yè)務(wù)化大氣成分觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)—全球O3觀測(cè)系統(tǒng)（Global Ozone Observing System，GO3OS）。到20世紀(jì)60年代，WMO又建立了本底大氣空氣污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)（BAPMoN），開展降水化學(xué)、氣溶膠和CO2的觀測(cè)。直到1989年，世界氣象組織將GO3OS和BAPMoN合并成立了當(dāng)前的全球大氣監(jiān)測(cè)計(jì)劃（GAW）。GAW所關(guān)注的焦點(diǎn)領(lǐng)域主要包括：氣溶膠、溫室氣體、反應(yīng)性氣體、臭氧、紫外輻射、降水化學(xué)（或大氣沉降）。同時(shí)還為空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)提供近實(shí)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1 我國(guó)大氣本底觀測(cè)發(fā)展

我國(guó)是較早開展大氣本底觀測(cè)的國(guó)家之一。早在1981年，中國(guó)氣象局（前身為中央氣象局）就在北京密云上甸子建設(shè)了第一個(gè)區(qū)域大氣本底污染監(jiān)測(cè)站，此后于1983年在浙江臨安建設(shè)了臨安區(qū)域大氣本底污染監(jiān)測(cè)站，1991年在黑龍江五常縣建設(shè)了龍鳳山區(qū)域大氣本底污染監(jiān)測(cè)站。1994年，由中國(guó)氣象科學(xué)研究院和青海省氣象局在世界氣象組織、全球環(huán)境基金（GEF）等國(guó)際組織以及加拿大、美國(guó)等國(guó)際同行的對(duì)口援助下，完成了中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)—青海瓦里關(guān)中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)的建設(shè)工作。該大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)是WMO/GAW的全球基準(zhǔn)站之一，也是歐亞大陸腹地唯一的大陸型全球基準(zhǔn)站[1]。2004—2009年，中國(guó)氣象局開始了對(duì)云南香格里拉、新疆阿克達(dá)拉，以及湖北金沙區(qū)域大氣本底站的選址、論證和初步建設(shè)。2011年4月，中國(guó)氣象局根據(jù)業(yè)務(wù)觀測(cè)需要，把大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)從中國(guó)氣象科學(xué)研究院調(diào)整到中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心（《關(guān)于印發(fā)大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)調(diào)整實(shí)施方案的通知》中氣函〔2011〕80號(hào)）。到2012年，中國(guó)氣象局正式下文，明確了香格里拉、阿克達(dá)拉、金沙三個(gè)站的定位、機(jī)構(gòu)、編制等，形成目前中國(guó)氣象局1+3+3的大氣本底觀測(cè)站網(wǎng)、大氣成分中心實(shí)驗(yàn)室樣品分析和以中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心大氣成分觀測(cè)與服務(wù)中心為業(yè)務(wù)指導(dǎo)、支撐、保障主體的國(guó)家級(jí)大氣本底觀測(cè)業(yè)務(wù)體系。根據(jù)中國(guó)氣象局2018年印發(fā)的《大氣本底站建設(shè)指導(dǎo)意見》（氣發(fā)〔2018〕84號(hào)），中國(guó)氣象局還將在現(xiàn)有7個(gè)國(guó)家大氣本底站基礎(chǔ)上，新建設(shè)9個(gè)國(guó)家大氣本底站，以及典型區(qū)域滿足特殊功能需求的大氣本底站。構(gòu)建由16個(gè)國(guó)家大氣本底站組成的全國(guó)大氣本底觀測(cè)骨干站網(wǎng)和若干特殊功能區(qū)大氣本底站為補(bǔ)充的我國(guó)大氣本底觀測(cè)站網(wǎng)觀測(cè)業(yè)務(wù)。

2 我國(guó)大氣本底觀測(cè)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

2.1 我國(guó)大氣本底與大氣成分觀測(cè)站網(wǎng)

當(dāng)前我國(guó)大氣本底觀測(cè)站網(wǎng)主要包括1個(gè)全球大氣本底站，青海瓦里關(guān)中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)，簡(jiǎn)稱瓦里關(guān)站，3個(gè)WMO/GAW區(qū)域大氣本底站，分別是北京上甸子、浙江臨安、黑龍江龍鳳山，分別簡(jiǎn)稱上甸子站、臨安站和龍鳳山站，以及2012年以來新建的3個(gè)國(guó)家區(qū)域大氣本底站，湖北金沙區(qū)域大氣本底站、云南香格里拉區(qū)域大氣本底站、新疆阿克達(dá)拉區(qū)域大氣本底站，分別簡(jiǎn)稱金沙站、香格里拉站和阿克達(dá)拉站，各站點(diǎn)分布如圖1。觀測(cè)項(xiàng)目包括溫室氣體、氣溶膠、反應(yīng)性氣體、臭氧總量及廓線、大氣酸沉降和本底輻射共6大類23種觀測(cè)項(xiàng)目，覆蓋了WMO推薦觀測(cè)項(xiàng)目的70%以上。到2021年底，中國(guó)氣象局又在前期站網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)上，加強(qiáng)高精度溫室氣體觀測(cè)站點(diǎn)建設(shè)，初步形成了中國(guó)氣象局溫室氣體觀測(cè)網(wǎng)。

圖1 中國(guó)氣象局大氣本底站網(wǎng)及現(xiàn)有溫室氣體觀測(cè)站網(wǎng)分布（照片由各大氣本底站提供） Fig. 1 Map of atmospheric background monitoring network and current greenhouse gases observation stations of CMA

除大氣本底觀測(cè)，中國(guó)氣象局還針對(duì)國(guó)家和地方的需求，以及氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)發(fā)展，分批建設(shè)了酸雨觀測(cè)站網(wǎng)、沙塵暴觀測(cè)站網(wǎng)、大氣成分站網(wǎng)和環(huán)境氣象觀測(cè)站網(wǎng)，以滿足不同層面對(duì)大氣成分觀測(cè)的需求。目前，中國(guó)氣象局已經(jīng)建成了376個(gè)酸雨觀測(cè)站、29個(gè)沙塵暴觀測(cè)站、28個(gè)大氣成分站、354個(gè)環(huán)境氣象觀測(cè)站（含省會(huì)及副省級(jí)城市站）。涉及觀測(cè)設(shè)備類型有46種型號(hào)。

觀測(cè)站網(wǎng)配套運(yùn)行國(guó)家級(jí)大氣成分實(shí)驗(yàn)室，設(shè)有碳循環(huán)溫室氣體、含鹵溫室氣體、穩(wěn)定同位素、氣溶膠、降水化學(xué)、反應(yīng)性氣體和標(biāo)準(zhǔn)傳遞共7個(gè)實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)我局大氣成分人工采樣樣品配制分析和標(biāo)準(zhǔn)溯源及傳遞業(yè)務(wù)等技術(shù)支撐。

2.2 大氣本底與大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)體系

中國(guó)氣象局大氣本底與大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)體系從架構(gòu)上實(shí)行國(guó)家、省級(jí)（區(qū)、市）、臺(tái)站三級(jí)業(yè)務(wù)布局。

根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)職責(zé)劃分，中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心牽頭全國(guó)業(yè)務(wù)布局規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系構(gòu)建、全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)溯源、量值傳遞及設(shè)備計(jì)量、技術(shù)支撐和業(yè)務(wù)指導(dǎo)、國(guó)家級(jí)業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控、質(zhì)量評(píng)估和觀測(cè)產(chǎn)品加工制作，以及國(guó)家級(jí)大氣成分樣品分析實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行和本底站溫室氣體觀測(cè)裝備保障。

省級(jí)業(yè)務(wù)部門負(fù)責(zé)本省（區(qū)、市）內(nèi)其他大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)指導(dǎo)、技術(shù)支撐、運(yùn)行監(jiān)控、質(zhì)量評(píng)估和觀測(cè)產(chǎn)品加工制作、計(jì)量體系構(gòu)建等。

臺(tái)站負(fù)責(zé)按照相關(guān)規(guī)范制度開展大氣成分日常觀測(cè)業(yè)務(wù)、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、常見故障維修及耗材購(gòu)置等相關(guān)工作。

大氣成分觀測(cè)分析業(yè)務(wù)的質(zhì)量保證體系由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)和質(zhì)量管理實(shí)施兩部分構(gòu)成。

中國(guó)氣象局分別于2012和2015年印發(fā)了《大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范（試行）》和《大氣成分觀測(cè)業(yè)務(wù)運(yùn)行管理暫行規(guī)定》，另發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)41項(xiàng)，在編國(guó)標(biāo)2項(xiàng)、國(guó)標(biāo)外文版1項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)（其中修訂4項(xiàng)），新立項(xiàng)2021年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)；印發(fā)各類技術(shù)手冊(cè)27份，初步建立了較為完整的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室分析質(zhì)量保障鏈條和觀測(cè)分析規(guī)章規(guī)范體系。

大氣成分業(yè)務(wù)質(zhì)量管理實(shí)施在中國(guó)氣象局質(zhì)量管理體系架構(gòu)下運(yùn)行。溫室氣體、地面臭氧、降水化學(xué)等觀測(cè)項(xiàng)目直接溯源WMO及國(guó)際最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、參與國(guó)際質(zhì)量督察和巡回比對(duì)。如CO2、CH4、CO、N2O、SF6可溯源至WMO制定的中心標(biāo)校實(shí)驗(yàn)室（CCL）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，HFCs、PFCs、NF3溯源至國(guó)際權(quán)威溫室氣體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)“先進(jìn)的全球大氣實(shí)驗(yàn)網(wǎng)”（AGAGE）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。并參與WMO框架下的系列比對(duì)和考核，觀測(cè)水平和數(shù)據(jù)質(zhì)量獲得WMO的認(rèn)可。

3 大氣本底觀測(cè)在國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化、減污降碳中的作用和應(yīng)用

中國(guó)氣象局大氣本底觀測(cè)對(duì)我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、大氣污染治理和推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和有重要意義。多年來，中國(guó)氣象局大氣本底觀測(cè)資料在政府決策、科學(xué)研究、社會(huì)公眾服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。

3.1 大氣本底觀測(cè)溫室氣體應(yīng)用于國(guó)家決策服務(wù)和全球數(shù)據(jù)產(chǎn)品

自2012年起，中國(guó)氣象局基于瓦里關(guān)等大氣本底站溫室氣體觀測(cè)結(jié)果編制《中國(guó)溫室氣體公報(bào)》、《WMO溫室氣體公報(bào)解讀材料》等決策服務(wù)產(chǎn)品，產(chǎn)品已連續(xù)發(fā)布9期，是我國(guó)觀測(cè)時(shí)間序列最長(zhǎng)、最權(quán)威的國(guó)家級(jí)溫室氣體監(jiān)測(cè)和應(yīng)對(duì)氣候變化決策服務(wù)產(chǎn)品，多次獲得國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人批示。

瓦里關(guān)站的觀測(cè)資料已共享至溫室氣體世界數(shù)據(jù)中心（World Data Center for Greenhoue Gases, WDCGG），用于計(jì)算全球溫室氣體本底濃度的緯度分布及長(zhǎng)期變化[2]。同時(shí)用于制作GLOBALVIEW，Obspack等全球溫室氣體觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。瓦里關(guān)的高精度觀測(cè)資料對(duì)于了解我國(guó)溫室氣體本底濃度變化規(guī)律有重要意義[3-4]。而6個(gè)區(qū)域本底站的觀測(cè)結(jié)果也對(duì)我國(guó)不同經(jīng)濟(jì)帶和生態(tài)類型的溫室氣體本底濃度水平提供珍貴資料，如北京上甸子、浙江臨安、黑龍江龍鳳山、云南香格里拉、湖北金沙和新疆阿克達(dá)拉區(qū)域大氣本底觀測(cè)站分別代表京津冀、長(zhǎng)三角、東北林帶和松嫩平原、川滇及高原邊緣帶、洞庭鄱陽兩湖平原和天山地區(qū)的大氣本底特征[5-7]。

圖2為瓦里關(guān)站接近30年大氣二氧化碳（CO2）濃度變化曲線，顯示其濃度特征與同緯度地區(qū)的美國(guó)夏威夷冒納羅亞（Mauna Loa）全球大氣本底站基本一致，很好地代表了北半球中緯度地區(qū)大氣二氧化碳的平均狀況。該結(jié)果被我國(guó)代表團(tuán)在多次國(guó)際會(huì)議引用。有關(guān)消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）觀測(cè)還在我國(guó)參與“蒙特利爾議定書”受控物質(zhì)監(jiān)測(cè)和履約評(píng)估等方面都發(fā)揮了重要作用。

圖2 1990—2020年中國(guó)青海瓦里關(guān)和美國(guó)Mauna Loa全球大氣本底站大氣二氧化碳月均濃度變化① 中國(guó)氣象局. 中國(guó)溫室氣體公報(bào)，2020. Fig. 2 Curves of monthly mean CO2 baseline concentrations at Mt. Waliguan in Qinghai and Mauna Loa Station of USA from 1990 to 2020

3.2 溫室氣體CO2“自上而下”源匯反演服務(wù)于碳達(dá)峰碳中和國(guó)家戰(zhàn)略

在2021年十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議和全國(guó)政協(xié)十三屆四次會(huì)議上，“碳達(dá)峰”和“碳中和”被首次寫入政府工作報(bào)告。中國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)間也做了公開的承諾。2020年12月中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議將“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”列為2021年重點(diǎn)任務(wù)。中國(guó)提出，二氧化碳排放力爭(zhēng)2030年前達(dá)到峰值，力爭(zhēng)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵問題是對(duì)區(qū)域大氣CO2排放進(jìn)行計(jì)算和控制。圍繞全國(guó)和分省CO2源匯估算的需求，基于大氣本底觀測(cè)獲取的長(zhǎng)期高精度觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)CO2等溫室氣體“自上而下”排放源模式反演得到了廣泛的應(yīng)用。這種“自上而下”反演估算區(qū)域源匯及變化狀況的方法是2019年通過的《IPCC 2006年國(guó)家溫室氣體清單指南2019修訂版》首次完整提出的，并成為國(guó)家溫室氣體清單檢驗(yàn)和校正的重要手段。有研究基于包括瓦里關(guān)大氣本底觀測(cè)數(shù)據(jù)（1996—2012年）在內(nèi)，用“自上而下”反演方法得到的亞洲區(qū)域碳收支揭示，亞洲陸地生態(tài)系統(tǒng)（主位于東亞區(qū)域），是凈的“碳匯”[8]；中國(guó)氣象局和中國(guó)科學(xué)院大氣物理所研究團(tuán)隊(duì)基于中國(guó)氣象局大氣本底站二氧化碳觀測(cè)數(shù)據(jù)（2009—2016年），對(duì)我國(guó)大氣CO2源匯進(jìn)行了反演分析，得出的結(jié)果是“我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)（森林、草地等）每年吸收碳約占我國(guó)大陸地區(qū)年化石燃料燃燒排放的42%；我國(guó)西南地區(qū)（云南、貴州、廣西等地）陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力被嚴(yán)重低估，其年碳匯約占全國(guó)總陸地生態(tài)系統(tǒng)總吸收量的40%。主要因近年來我國(guó)大規(guī)模退耕還林造成CO2吸收量增加；以及目前對(duì)我國(guó)東北地區(qū)的陸地生態(tài)系統(tǒng)夏季CO2固碳能力也存在低估現(xiàn)象”[9]。雖然以上結(jié)果還存在較大的不確定性，但這些工作充分顯示了溫室氣體大氣本底濃度觀測(cè)對(duì)于掌握碳循環(huán)、科學(xué)決策方面的支撐作用。隨著我國(guó)不斷加強(qiáng)包括大氣本底觀測(cè)站網(wǎng)和有關(guān)溫室氣體高精度觀測(cè)能力建設(shè)布局，大氣本底站網(wǎng)和相關(guān)溫室氣體觀測(cè)對(duì)基于觀測(cè)數(shù)據(jù)同化模式反演溫室氣體源匯及其變化情況的能力將進(jìn)一步提升，不確定性將會(huì)大大降低，對(duì)我國(guó)CO2等溫室氣體源匯估算將會(huì)進(jìn)一步改善，并在我國(guó)碳達(dá)峰和碳中和中發(fā)揮越來越重要的作用。

3.3 大氣本底觀測(cè)服務(wù)于國(guó)家大氣污染評(píng)估和治理

大氣本底觀測(cè)在大氣污染治理發(fā)揮重要作用。由于大氣本底觀測(cè)站點(diǎn)具有更好的區(qū)域代表性，其觀測(cè)數(shù)據(jù)通常反映了某個(gè)區(qū)域大氣污染物的背景水平。因此大氣本底觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)人們更準(zhǔn)確評(píng)估大氣污染治理在更大區(qū)域范圍的大氣質(zhì)量改善效果、污染物跨區(qū)域輸送以及作為參考對(duì)比評(píng)價(jià)區(qū)域污染治理潛力等有重要意義。近些年來隨著我國(guó)大氣污染治理力度的加大，伴隨城市區(qū)域大氣污染治理和空氣質(zhì)量的不斷改善，在區(qū)域性空間尺度上，大氣污染物，如地面臭氧、氣溶膠PM10、PM2.5等也表現(xiàn)出一些復(fù)雜的變化趨勢(shì)和特點(diǎn)。

圖3為上甸子、臨安地面氣溶膠質(zhì)量濃度和地面O3最大8小時(shí)日均值（MDA8）逐年長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。上甸子站作為華北平原代表性的區(qū)域大氣本底站，地面PM2.5濃度總體上呈下降趨勢(shì)，但在2006年和2014年分別呈現(xiàn)峰值，其中2006年年平均PM2.5質(zhì)量濃度為整個(gè)有觀測(cè)數(shù)據(jù)期間的最高值，2014年以后，上甸子站地面PM2.5持續(xù)下降，并在2018年達(dá)到最低值；臨安站作為長(zhǎng)三角地區(qū)代表性大氣本底站，其PM10長(zhǎng)期變化與上甸子相似，總體上呈明顯的下降趨勢(shì)，并在2013—2014年出現(xiàn)少量的反彈。從2014年以后，其質(zhì)量濃度持續(xù)降低，到2018年濃度達(dá)到最低。這種變化趨勢(shì)與2013年我國(guó)開始落實(shí)和加大顆粒物污染治理一致，反映了我國(guó)大氣污染治理不僅在城市區(qū)域，而且在更大的區(qū)域范圍都取得了顯著成效。與PM2.5變化不同，上甸子和臨安地面O3（MDA8）年均值變化卻更為復(fù)雜，且變化趨勢(shì)也呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)，上甸子站地面O3（MDA8）呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，而臨安站十余年地面O3（MDA8）水平盡管總體上有下降趨勢(shì)，但呈現(xiàn)出明顯的階段性變化特點(diǎn)。對(duì)照MDA8顆粒物的變化關(guān)系，可以看出上甸子、臨安站在2014—2016年期間MDA8與顆粒物（PM2.5或PM10）下降趨勢(shì)相對(duì)一致，而2016年以后隨著顆粒物濃度的進(jìn)一步下降，MDA8又出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)[10]。

圖3 上甸子（a）、臨安（b）氣溶膠質(zhì)量濃度（PM）和地面日最大8小時(shí)均值（MDA8）長(zhǎng)期變化 Fig. 3 Long term variations of particulate matter (PM) and the maximum daily 8-hours average surface ozone (MDA8) at Shangdianzi (a) and Linan (b) stations

以上結(jié)果顯示近年來京津冀和長(zhǎng)三角地區(qū)大力實(shí)施大氣污染治理對(duì)顆粒物減低取得了顯著成效，但同時(shí)也反映了顆粒物污染治理對(duì)地面O3治理的不同影響，顯示了O3污染治理復(fù)雜性。由于對(duì)流層O3主要是由光化學(xué)產(chǎn)生，影響地面O3的因素復(fù)雜，除了氣象條件引起的輸送影響，還與一定氣象條件下O3前體物（如VOC、NOx等）和輻射以及顆粒物（沙塵）表面非均相反應(yīng)有關(guān)。顆粒物降低會(huì)導(dǎo)致輻射增加，沙塵表面O3的非均相反應(yīng)損耗也會(huì)減少，這都有利于O3的生成[11-13]，同時(shí)由于O3生成的光化學(xué)過程及其與前體物的關(guān)系是非線性的，因此開展O3與顆粒物的協(xié)同控制是當(dāng)前大氣污染治理具有挑戰(zhàn)性的工作。

此外，我國(guó)大氣本底站地面臭氧及柱總量觀測(cè)資料參與國(guó)際數(shù)據(jù)評(píng)估服務(wù)。近年來，我國(guó)大氣本底站氣溶膠質(zhì)量濃度、地面臭氧和降水化學(xué)等資料參與《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書》《大氣環(huán)境氣象公報(bào)》等多份國(guó)家決策服務(wù)報(bào)告，展示關(guān)鍵氣候變量的長(zhǎng)期變化特征，為氣候變化和環(huán)境氣象決策提供科學(xué)觀測(cè)依據(jù)。

4 2020年我國(guó)本底大氣溫室氣體觀測(cè)結(jié)果

圖4為瓦里關(guān)全球大氣本底站1990—2020年大氣CO2、CH4、N2O長(zhǎng)期變化和年增長(zhǎng)率分布。表1為2020年全球和青海瓦里關(guān)站3種主要長(zhǎng)壽命溫室氣體（CO2、CH4、N2O）的年平均濃度、過去1年的增量和過去10年的年平均增量。

圖4 1990—2020年青海瓦里關(guān)站大氣CO2、CH4、N2O濃度（a—c）及其增長(zhǎng)率（d—f） （a—c）中的藍(lán)點(diǎn)表示月平均值，紅線為其線性擬合曲線；（b—d）中的紅點(diǎn)表示月增長(zhǎng)率，灰色柱為增長(zhǎng)率年平均 Fig. 4 Long term variations of CO2、CH4、N2O concentrations (a—c) and annual growth rate (d—f) at Waliguan station on Qinghai Province during 1990-2020

2020年，瓦里關(guān)站觀測(cè)的大氣本底CO2、CH4和N2O年平均濃度分別為414.3±0.2 ppm（1 ppm=10－6）、1949±0.6 ppb（1 ppb=10－9）、333.8±0.1 ppb，與北半球中緯度地區(qū)平均濃度大體相當(dāng)，但都略高于2020年全球平均值（表1）。2020年瓦里關(guān)站大氣CO2、CH4和N2O濃度相對(duì)于2019年的絕對(duì)增量分別為2.9 ppm、18 ppb、1.2 ppb。過去十年（2011—2020年）瓦里關(guān)站大氣CO2、CH4和N2O的年平均絕對(duì)增量分別為2.42 ppm、8.8 ppb、1.02 ppb。

表1 全球和青海瓦里關(guān)站主要溫室氣體濃度和增量 Table 1 Comparison of annual mean concentration and growth rate of main greenhouse gases at Mt. Waliguan with the value of the global and the Northern Hemisphere

對(duì)6個(gè)區(qū)域大氣本底站觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，北京上甸子站、浙江臨安站、黑龍江龍鳳山站、云南香格里拉站、湖北金沙站和新疆阿克達(dá)拉站2020年的大氣CO2濃度的年平均值分別為421.3±0.3 ppm、429.7±0.3 ppm、418.9±0.8 ppm、412.7±0.1 ppm、422.1±1.1 ppm和416.8±1.2 ppm；CH4年平均濃度分別為2005±0.8 ppb、2061±1.6 ppb、2033±1.5 ppb、1936±1.0 ppb、2061±3.0 ppb和1990±4.3 ppb。均高于青海瓦里關(guān)大氣本底站和全球平均。與2019年相比，6個(gè)站的CO2增量分別為：1.1 ppm、3.5 ppm、2.7 ppm、1.7 ppm、5.2 ppm和3.9 ppm，CH4增量分別為：23 ppb、7 ppb、17 ppb、16 ppb、29 ppb、和20 ppb，都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

5 總結(jié)

總之，中國(guó)氣象局大氣本底觀測(cè)起步較早，且已具有一定規(guī)模。有關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)在科學(xué)研究、決策服務(wù)和氣候變化、環(huán)境評(píng)估基于我國(guó)履行國(guó)際公約等許多方面發(fā)揮了重要數(shù)據(jù)支撐作用，但我國(guó)大氣本底站網(wǎng)規(guī)模仍無法與歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)相比。因此氣象部門還應(yīng)從下面幾個(gè)方面推動(dòng)監(jiān)測(cè)：1）加快推進(jìn)新增大氣本底站建設(shè)，形成布局更為完善的大氣本底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)行保障體系；結(jié)合我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境污染治理需求，豐富和完善我國(guó)大氣本底站觀測(cè)內(nèi)容，提升大氣本底觀測(cè)能力，拓展大氣本底觀測(cè)應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域；2）加強(qiáng)溫室氣體監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)，提升溫室氣體綜合立體監(jiān)測(cè)和包括實(shí)驗(yàn)室CO2、CH4、N2O同位素綜合分析和站網(wǎng)在線觀測(cè)能力；加強(qiáng)溫室氣體排放量反演技術(shù)和方法的研發(fā)和應(yīng)用，深入認(rèn)識(shí)和評(píng)估我國(guó)溫室氣體源匯問題，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)發(fā)揮更大作用。

長(zhǎng)期觀測(cè)研究顯示，位于青海的瓦里關(guān)站全球大氣本底站長(zhǎng)期大氣二氧化碳（CO2）濃度變化特征與同緯度地區(qū)的美國(guó)夏威夷冒納羅亞Mauna Loa全球大氣本底站基本一致，能很好地代表了北半球中緯度地區(qū)大氣二氧化碳的平均狀況。而對(duì)我國(guó)6個(gè)區(qū)域大氣本底站，自觀測(cè)以來，其CO2、CH4濃度水平均高于瓦里關(guān)全球大氣本底站，反映了人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域本底濃度水平的重要貢獻(xiàn)。隨著2013年9月國(guó)家開始實(shí)施《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》加大對(duì)顆粒物污染治理后，華北上甸子和長(zhǎng)三角臨安這兩個(gè)區(qū)域大氣本底站點(diǎn)大氣PM2.5、PM10質(zhì)量濃度不斷下降，而地面臭氧則呈現(xiàn)先下降又升高的復(fù)雜變化特點(diǎn)。反映了近年來京津冀和長(zhǎng)三角地區(qū)大力實(shí)施空氣環(huán)境治理對(duì)顆粒物減低取得了顯著成效，但在對(duì)顆粒物污染治理取得成效的同時(shí)，如何在區(qū)域范圍內(nèi)科學(xué)有效控制以臭氧為代表的光化學(xué)污染，以及實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和，相關(guān)的協(xié)同治理還面臨很多挑戰(zhàn)。