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，并細分為10個觀測細分方向。例如重污染過程成因、顆粒物來源精細化解析、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，研究成果為精細化開展重污染過程中顆粒物污染溯源提供了重要支撐?！?/p>
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?！?/p>
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?！备呓”硎?。
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。
