華北香河氣候與環(huán)境綜合野外科學(xué)觀測研究站

中國科學(xué)院大氣物理研究所 北京 100029

華北香河氣候與環(huán)境綜合野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱“香河站”）位于河北省廊坊市香河縣淑陽鎮(zhèn)大羅屯村（39°47′54″N，116°57′28″E），占地約100 畝，隸屬于中國科學(xué)院大氣物理研究所。香河站實(shí)驗(yàn)觀測和科學(xué)研究工作始于20 世紀(jì)70 年代，之后不斷發(fā)展壯大，21世紀(jì)初加入了中國科學(xué)院日地空間環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡(luò)，成為中國科學(xué)院對外開放野外臺站。香河站是國家重大科學(xué)科技基礎(chǔ)設(shè)施“子午工程”（以下簡稱“子午工程”）、全球氣溶膠觀測網(wǎng)絡(luò)（AERONET）、世界臭氧和紫外輻射數(shù)據(jù)中心（WOUDC）、國際基準(zhǔn)地面輻射觀測網(wǎng)絡(luò)（BSRN）的重要站點(diǎn)，建立了包括對流層-平流層-中間層（MST）雷達(dá)等在內(nèi)的從邊界層到中層大氣的探測系統(tǒng)并開展長期連續(xù)觀測，觀測數(shù)據(jù)被全球相關(guān)科學(xué)家廣泛使用，為近地層空間環(huán)境和全球氣候環(huán)境變化研究提供了不可或缺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 研究目標(biāo)和定位

香河站致力于大氣和環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)和過程的探測原理、先進(jìn)技術(shù)、分析方法的探索，構(gòu)建了從邊界層到中層大氣的綜合觀測平臺。圍繞中高層大氣與上、下層間的能量與物質(zhì)交換的科學(xué)研究目標(biāo)，開展以近地層空間環(huán)境和全球氣候環(huán)境變化為主題的大氣過程觀測和研究，為中高層大氣物理學(xué)、日地關(guān)系和氣候變化、華北地區(qū)大氣污染監(jiān)測防治等研究奠定基礎(chǔ)。

香河站立足于建設(shè)成為亞洲乃至全球有重要影響的中高層大氣探測野外科學(xué)觀測基地和氣候環(huán)境綜合觀測平臺，以及大氣探測與觀測實(shí)驗(yàn)的國際合作研究基地，為我國在全球氣候與環(huán)境議題上取得話語權(quán)和國家安全需求、大型活動的環(huán)境保障等提供科技支撐，為大氣科學(xué)人才培養(yǎng)提供重要的實(shí)驗(yàn)平臺和寶貴的觀測數(shù)據(jù)。

2 主要研究方向

香河站主要研究領(lǐng)域包括：邊界層—中高層大氣探測高新技術(shù)研發(fā)和觀測實(shí)驗(yàn)、近地層空間環(huán)境和全球氣候環(huán)境變化長期監(jiān)測、中層大氣在上、下大氣層物質(zhì)能量交換及其天氣氣候、環(huán)境和生態(tài)效應(yīng)等。

（1）邊界層—中高層大氣參數(shù)和過程探測新理論、新技術(shù)及裝備研發(fā)與實(shí)驗(yàn)。發(fā)展基于地基、天基和空基平臺的大氣探測新原理和新方法，研制邊界層到中層大氣關(guān)鍵物理參數(shù)和過程及大氣成分的探測先進(jìn)技術(shù)和反演方法，建立綜合立體的大氣探測高技術(shù)研究和應(yīng)用體系，為獲取邊界層到中層大氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，揭示大氣動力、物理、化學(xué)過程演變規(guī)律及其對氣候變化的影響提供重要觀測手段；支撐天氣、氣候及環(huán)境變化研究，并為開展新概念、新技術(shù)科學(xué)儀器和裝備的試驗(yàn)和示范應(yīng)用提供良好的空間和環(huán)境保障條件；促進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化，為臨近空間的開發(fā)利用、國家安全、環(huán)境外交和國家可持續(xù)發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)和平臺。

（2）中層大氣基本過程及其天氣氣候效應(yīng)觀測和研究。開展以近地層空間環(huán)境和全球氣候環(huán)境變化為主題的中層大氣過程觀測和研究，科學(xué)評估在人類活動背景下亞洲季風(fēng)區(qū)平流層—對流層物質(zhì)交換對全球氣候環(huán)境的影響；系統(tǒng)揭示中層大氣在上、下大氣層交換中的地位和天氣氣候效應(yīng)，為中高層大氣物理學(xué)、日地關(guān)系和氣候變化等的深入研究奠定基礎(chǔ)。

（3）衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品驗(yàn)證和華北區(qū)域氣候與環(huán)境變化長期監(jiān)測。開展地基遙感長期觀測，為氣溶膠和溫室氣體的衛(wèi)星遙感提供關(guān)鍵參數(shù)和高精度驗(yàn)證數(shù)據(jù)，提高衛(wèi)星反演精度；開展大氣物理、大氣化學(xué)和大氣環(huán)境的綜合觀測研究，包括大氣氣溶膠、云、輻射、大氣邊界層、大氣成分的長期監(jiān)測，積累長期連續(xù)高質(zhì)量基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)，為區(qū)域氣候和環(huán)境變化研究提供堅實(shí)的觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 研究成果與科學(xué)貢獻(xiàn)

多年來，科研人員基于香河站長期連續(xù)觀測，取得了一批系統(tǒng)性研究成果，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文200 余篇。香河站先進(jìn)大氣探測儀器設(shè)備研發(fā)也取得豐碩成果，獲授權(quán)發(fā)明專利19項(xiàng)。香河站的長期觀測數(shù)據(jù)在承擔(dān)國家科研項(xiàng)目和大型活動保障中發(fā)揮了重要作用。

（1）臭氧柱總量長期監(jiān)測及變化趨勢研究。1979年1月1日，香河站加入世界氣象組織（WMO）全球臭氧觀測網(wǎng)，每月向WOUDC提供臭氧資料，迄今已連續(xù)提供了40 多年高質(zhì)量大氣臭氧柱總量觀測資料，為國內(nèi)外衛(wèi)星遙感產(chǎn)品的驗(yàn)證和全球平流層臭氧評估作出了重要貢獻(xiàn)?？蒲腥藛T基于香河站臭氧觀測數(shù)據(jù)，給出了1984年智利El Chichon火山和1991年菲律賓Pinatubo 火山噴發(fā)的硫酸鹽氣溶膠通過化學(xué)過程影響平流層臭氧的有力證據(jù)，也明確顯示由于人為前體物氟利昂等物質(zhì)的排放導(dǎo)致了中緯地區(qū)臭氧耗損。

（2）MST 雷達(dá)持續(xù)為“子午工程”一期提供高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。香河站大型VHF/MST雷達(dá)建設(shè)之初，曾經(jīng)獲得了國內(nèi)最早、也是國內(nèi)唯一的大氣風(fēng)場廓線。香河站MST雷達(dá)是目前全球?yàn)閿?shù)不多的仍正常工作且獲取連續(xù)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的MST雷達(dá)之一，在觀測數(shù)據(jù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等方面都領(lǐng)先于國內(nèi)同類臺站。自2011年作為“子午工程”重要儀器設(shè)備之一，一直連續(xù)為“子午工程”提供高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)，多次保障重大空間探測任務(wù)，先后獲得“子午工程”個人和集體榮譽(yù)。

（3）華北氣溶膠-云-輻射相互作用研究。香河站持續(xù)與美國馬里蘭大學(xué)等國內(nèi)外研究結(jié)構(gòu)合作?；谙愫诱鹃L期觀測及強(qiáng)化觀測實(shí)驗(yàn)，開展了系統(tǒng)的氣溶膠-云-輻射相互作用研究，取得了一系列研究成果，該系列研究工作中署名香河站研究人員發(fā)表的SCI 期刊論文超過50 篇（包括兩期Journal of GeophysicalResearch特刊），系統(tǒng)揭示了氣溶膠光學(xué)特性時空特征和規(guī)律、氣溶膠影響輻射參數(shù)化描述，以及氣溶膠和輻射變化規(guī)律及其相互作用等。

（4）高新大氣探測技術(shù)及裝備研發(fā)。自主研發(fā)的臭氧雙池探空儀達(dá)到國際先進(jìn)水平，發(fā)明專利成果已經(jīng)授權(quán)投入商業(yè)生產(chǎn)。自主研發(fā)成功全天空可見光成像儀和紅外成像儀，發(fā)明專利已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化，有望進(jìn)入氣象行業(yè)業(yè)務(wù)云-能-天探測系統(tǒng)主流觀測儀器設(shè)備。新研制的移動地表反照率和微波發(fā)射率測量系統(tǒng)通過智能化流動探測，可同時測量不同地表類型地表反照率和發(fā)射率，為反照率和發(fā)射率參數(shù)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 人才培養(yǎng)與隊(duì)伍建設(shè)

香河站重視人才培養(yǎng)和隊(duì)伍建設(shè)，擁有一支活躍在大氣探測前沿的創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)，以及有豐富經(jīng)驗(yàn)的觀測技術(shù)團(tuán)隊(duì)。目前，香河站有研究人員30人，其中正高級職稱12人（包括中國科學(xué)院院士1人、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者1 人、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者1人）、副高級職稱10人、中級職稱8人。香河站還有臺站觀測與技術(shù)人員8 名、管理人員1 名、后勤支撐人員5 名。近5 年香河站培養(yǎng)出站博士后2 名，碩士/博士研究生15名。

5 科研能力與技術(shù)平臺

香河站聚焦邊界層至中高層大氣觀測，始終堅持以基礎(chǔ)研究和高技術(shù)研發(fā)并重，以大氣探測原理創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)與集成以及實(shí)驗(yàn)觀測為基礎(chǔ)，圍繞中層大氣與氣候環(huán)境探測的理論和技術(shù)問題開展深入研究。在國家重大戰(zhàn)略需求和重大科研任務(wù)支持下，科研人員依托香河站觀測基地，在中層大氣過程、氣溶膠-云-輻射相互作用、大氣環(huán)境及雷電物理等方面取得了一批具有國際影響的創(chuàng)新性成果。

香河站在前期中高層大氣探測能力建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和人才儲備基礎(chǔ)上，大力加強(qiáng)和發(fā)展該區(qū)域探測能力建設(shè)和升級改造，為相關(guān)科學(xué)問題研究奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。通過40 余年的長期持續(xù)發(fā)展，香河站已經(jīng)擁有MST 雷達(dá)、傅里葉高分辨率紅外光譜儀、氣溶膠-云-輻射觀測系統(tǒng)、微波輻射計、激光雷達(dá)、在線揮發(fā)性有機(jī)物分析儀、Dobson臭氧儀和Brewer紫外光譜儀等先進(jìn)大氣探測觀測儀器設(shè)備，儀器總價值超7000萬元，香河站在中高層大氣物理學(xué)、日地關(guān)系和氣候變化、臨近空間的開發(fā)利用、太陽輻射預(yù)報、衛(wèi)星產(chǎn)品驗(yàn)證和大氣污染監(jiān)測與防治等領(lǐng)域發(fā)揮重要支撐作用。

6 開放與交流

香河站臭氧、氣溶膠-云-輻射、溫室氣體和雷電觀測系統(tǒng)加入多個國內(nèi)外知名觀測網(wǎng)絡(luò)，并積極參與大型國際合作觀測研究計劃，以高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)贏得了國內(nèi)外同行的高度認(rèn)可。Dobson 臭氧儀從1979年開始在香河站被用于觀測，歷經(jīng)四、五代人的不斷堅持和努力，持續(xù)觀測至今，該儀器被選入WOUDC，為WMO 提供長期的高質(zhì)量的連續(xù)臭氧觀測資料，其數(shù)據(jù)質(zhì)量在全球評估中位列第3 名。2001 年，香河站作為華北代表性站點(diǎn)，加入了AERONET，成為國際上為數(shù)不多的超過20年的AERONET站。2005香河站加入國際輻射觀測網(wǎng)，成為我國唯一的BSRN 臺站。2021 年，香河站加入碳柱總量觀測網(wǎng)（TCCON），開始監(jiān)測大氣溫室氣體含量及其長期變化，為助力我國雙碳目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供科技支撐。

香河站先后多次開展氣溶膠-云-輻射和大氣環(huán)境外場觀測試驗(yàn)。例如，2008年開展了北京及周邊地區(qū)奧運(yùn)大氣環(huán)境監(jiān)測/預(yù)警研究和中美聯(lián)合大氣輻射觀測（ARM）流動觀測試驗(yàn)；2009 年開展了北京及周邊區(qū)域大氣復(fù)合污染形成機(jī)制及防控觀測試驗(yàn)；2013 年，包括中國科學(xué)院大氣物理研究所、中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所（現(xiàn)中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院）、北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京師范大學(xué)、南京信息工程大學(xué)和德國對流層大氣研究所等多家單位聯(lián)合開展了大氣灰霾和氣溶膠-云加強(qiáng)觀測實(shí)驗(yàn)。2017年至今，香河站開展了大氣環(huán)境的連續(xù)綜合觀測研究，為京津冀空氣質(zhì)量精準(zhǔn)改善提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

香河站也致力于打造成為大氣科學(xué)領(lǐng)域的研究生培養(yǎng)和科普教育基地。香河站目前是中國科學(xué)院大學(xué)《大氣物理與大氣探測前沿》《大氣輻射學(xué)》《大氣遙感》《大氣探測學(xué)》等課程的重要實(shí)習(xí)和夏令營基地，為本科生和研究生深入理解大氣探測原理和大氣關(guān)鍵過程提供寶貴的實(shí)踐機(jī)會。香河站也積極舉辦科普教育活動，已入選北京市海淀區(qū)青少年學(xué)生校外活動基地，為中小學(xué)生體驗(yàn)大氣科學(xué)的奧秘提供平臺，培養(yǎng)青少年探索未知的熱情和興趣。

香河站以開放的姿態(tài)迎接國內(nèi)外科學(xué)家開展合作研究，力爭躋身世界一流水平的野外科學(xué)觀測研究站行列，成為有重要國際影響的氣候與環(huán)境綜合觀測站和大氣探測與觀測實(shí)驗(yàn)的國際合作研究基地。

（相關(guān)圖片請見封三）