形成觀測研究數(shù)據(jù)超10億條，這個“大氣超級站”有何不一般？

大氣顆粒物和臭氧污染來源解析、重污染過程成因分析、揚塵天氣顆粒物污染成因分析等，是大氣環(huán)境綜合觀測研究站的基礎(chǔ)功能。與城市常規(guī)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站不同，大氣環(huán)境綜合觀測研究站的配置以自動化設(shè)備為主，觀測參數(shù)多樣，探測空間更加立體化，可實現(xiàn)多參數(shù)、多維度、多污染物的綜合觀測。因此，大氣環(huán)境綜合觀測研究站也被稱為大氣超級站。

近年來，基于生態(tài)環(huán)境部京津冀及周邊大氣環(huán)境綜合觀測研究站開展建設(shè)，逐步形成了“1+6+3”模式觀測網(wǎng)（即“1”：中國環(huán)境科學(xué)研究院主站；“6”：廊坊、天津武清、天津、保定、石家莊、邢臺；“3”：太原、濟南、鄭州），所得的大量環(huán)境觀測數(shù)據(jù)和研究成果，為不少城市大氣環(huán)境污染特征評估及成因溯源提供重要了技術(shù)支撐。大氣超級站如何運行？“1+6+3”模式觀測網(wǎng)是怎么建成的？記者近日采訪了中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣研究所副所長、大氣超級站負(fù)責(zé)人高健。

觀測研究8個領(lǐng)域 積累大量原始數(shù)據(jù)

2007年啟動建站，2011年實現(xiàn)自動化運行，十幾年來，大氣超級站重點針對顆粒物、臭氧、氣象等多個觀測領(lǐng)域的顆粒物化學(xué)成分、物理特征等十余項指標(biāo)開展長期連續(xù)觀測，形成各類觀測研究數(shù)據(jù)超10億條……

在中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣所科研樓三層樓頂，記者見到了大氣超級站的“真容”。站房面積約200平方米，7個觀測室呈縱向一字排列，包括顆粒物質(zhì)量濃度及氣體污染物觀測室、在線顆粒物化學(xué)成分監(jiān)測室、顆粒物光學(xué)觀測室等。

此外，近年來中國環(huán)境科學(xué)研究院的研究團隊還為大氣超級站配備了恒溫恒濕天平稱量室、智能電鏡分析室、黑炭光學(xué)實驗室、傳感器研發(fā)實驗室等，很大程度上提升了超級站的研究能力。

高健告訴記者，團隊的觀測、研究內(nèi)容分為8個領(lǐng)域，并細(xì)分為10個觀測細(xì)分方向。例如重污染過程成因、顆粒物來源精細(xì)化解析、臭氧生成機制與來源等。

記者走進大氣成分分析實驗室，看到不少儀器正在工作著。這里配有高效液相離子色譜分析儀、總有機碳分析儀、EC/OC分析儀、電感耦合等設(shè)施，為了保證大氣環(huán)境綜合觀測及樣品分析的順利進行和質(zhì)量保證，還建成了來恒溫恒濕天平稱量室，可進行穩(wěn)定的溫度和濕度控制，并消除震動、湍流等影響。

“京津冀大氣顆粒物動態(tài)源解析關(guān)鍵影響因子評估與綜合驗證、華北地區(qū)大氣氮氧化物非均相化學(xué)及其對大氣氧化性和區(qū)域空氣污染的影響、京津冀及周邊地區(qū)重污染過程顆粒物動態(tài)源解析……”

大氣超級站的主站于2021年正式通過生態(tài)環(huán)境部驗收，建設(shè)期間，高健團隊承擔(dān)和參與了多項國家及部委重大科研項目。高健說，“這些包括了生態(tài)環(huán)境部公益行業(yè)專項、國家基金委重點項目、科技部重點研究專項等，研究成果為精細(xì)化開展重污染過程中顆粒物污染溯源提供了重要支撐。”

同時，自大氣超級站主站建設(shè)以來，充分發(fā)揮了科研成果和站點設(shè)施資源優(yōu)勢，加強推廣專利應(yīng)用，開展科普知識宣傳，進行實習(xí)生培訓(xùn)，取得顯著經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益，主站自我發(fā)展能力顯著提高。

“1+6+3”為重點地區(qū)大氣污染防治提供高質(zhì)量支撐

從中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣所科研樓三層樓頂，向西南方向眺望，位于中原地區(qū)的河南省鄭州市有一座大氣超級站子站，它也是生態(tài)環(huán)境部京津冀及周邊大氣環(huán)境綜合觀測研究站“1+6+3”模式觀測網(wǎng)的最遠端。

“1+6+3”模式是高健團隊在2014年通過與京津冀及周邊典型城市合作建立的觀測網(wǎng)，包括北京、天津及河北的多個核心城市，及山東、河南、河北三省省會。除大氣超級站的主站外，天津、濟南、石家莊、鄭州、太原、廊坊、保定等子站也具有可觀的觀測硬件設(shè)施。其中，以上各站點均已建設(shè)完成或著手開展當(dāng)?shù)氐拇髿獬壵窘ㄔO(shè)。

談及它們之間的聯(lián)系，高健表示：“主站由中國環(huán)科院投入建設(shè)，子站由各省市進行建設(shè)，主站與子站是協(xié)同合作關(guān)系。”

正是依托這樣“科研+業(yè)務(wù)”的合作關(guān)系，“1+6+3”模式觀測網(wǎng)的定位基本成型，既針對大氣污染防治重點地區(qū)（京津冀及周邊），立足典型超大城市，建立區(qū)域大氣環(huán)境科學(xué)綜合觀測研究平臺。本著“立足首都，輻射京津冀”的區(qū)域定位，形成點—線—面多尺度綜合觀測網(wǎng)，服務(wù)于國家大氣科學(xué)研究、重點地區(qū)大氣污染控制、國家生態(tài)環(huán)境部技術(shù)支撐。

“同時，我們將管理支撐目標(biāo)分為短期和長期兩個方向，短期目標(biāo)是針對京津冀及周邊區(qū)域大氣重污染過程開展應(yīng)急溯源，長期目標(biāo)是對國家重點大氣污染成因及防治政策落實效果進行評估，十三五、十四五觀測的重點是PM2.5，十五五將聚焦PM2.5和臭氧復(fù)合污染。”高健說。

此外，作為中國環(huán)境科學(xué)研究院科普教育基地建設(shè)試點站點，主站開展了科普基礎(chǔ)設(shè)施（樓梯玻璃幕墻）改造、科普展品（主題展板及宣傳手冊）制作等，共接待參觀人員（社區(qū)居民、中小學(xué)生、國外留學(xué)生）達500人次。

為了更好地為重點地區(qū)PM2.5和臭氧協(xié)同控制提供更加高質(zhì)量的支撐，今年，中國環(huán)境科學(xué)研究院將對大氣超級站主站進行升級改造，包括實驗樓改造、主站擴建、配套升級等，也將與山東、河南、河北等省級環(huán)境監(jiān)測站開展更大范圍的聯(lián)網(wǎng)合作觀測。

“下一步，我們將聚焦于業(yè)務(wù)需求和學(xué)術(shù)前沿的實驗方向設(shè)計，繼續(xù)開展長期、穩(wěn)定、持續(xù)、開放的大氣綜合觀測，為開展區(qū)域或城市大氣科學(xué)研究做好原始數(shù)據(jù)積累。”高健表示。

國內(nèi)大氣超級站遍地開花，高質(zhì)量發(fā)展是必行之路

大氣超級站自動化程度高、觀測參數(shù)多，具有較高的研究屬性，在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及海量數(shù)據(jù)的分析挖掘工作上面臨很大挑戰(zhàn)。其作為大氣環(huán)境觀測研究的重要組成部分，近20年來隨著我國大氣污染防治需求和治理力度的加大，各地大氣超級站建設(shè)得到快速發(fā)展。

2016年初，在生態(tài)環(huán)境部監(jiān)測司委托下，高健團隊利用調(diào)查問卷方式調(diào)研了國內(nèi)的60余個大氣超級站，發(fā)現(xiàn)這些大氣超級站一多半集中建設(shè)在我國華北和華東地區(qū)。

隨著2016-2017年生態(tài)環(huán)境部顆粒物組分網(wǎng)的建立，近年來國內(nèi)省級大氣環(huán)境綜合觀測站（等同于大氣超級站）或組分站（簡化版本的大氣超級站）也得到大發(fā)展，例如山東省數(shù)量超過15個，河南省數(shù)量超過10個。河南、安徽、廣東等省均已建設(shè)完成一批包括省級超級站在內(nèi)的綜合觀測網(wǎng)（或組分網(wǎng)），多數(shù)站點具備超級站規(guī)模和能力。

在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前我國各地大氣超級站建設(shè)和運維費用一般來自于省市財政經(jīng)費，其主要功能是用于開展城市或省內(nèi)大氣污染溯源及成因分析。近年來大氣超級站建設(shè)發(fā)展加快，在一些省內(nèi)也逐漸形成了超級站網(wǎng)，在聯(lián)網(wǎng)觀測分析上逐漸具備優(yōu)勢。

高健表示，建議大氣超級站在建設(shè)和應(yīng)用過程中，進一步完善數(shù)據(jù)質(zhì)控和質(zhì)量管理制度，相關(guān)部門應(yīng)加強對監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析人員的培養(yǎng)，規(guī)范數(shù)據(jù)分析流程和方法，逐步建成完善的業(yè)務(wù)化監(jiān)測和管理體系。同時加大與高校、研究院所等科研單位合作力度，共同深入挖掘數(shù)據(jù)價值，讓超級站在我國大氣污染防治乃至降碳減污領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。