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全國首個大氣邊界層頂生態環境觀測站長啥樣?記者登上武義大毛尖山
發佈時間 | 2022-12-21 08:59:58    

   觀天丈雲在險峰。

  迎著寒潮,記者來到金華市武義縣的千米高峰大毛尖山,探訪全國首個大氣邊界層頂生態環境觀測站——中科院大氣邊界層頂生態環境上黃觀測站。

  歷時三年,一群篳路藍縷的“摘星”人,肩挑背扛,將它建成投運。在未來,它將“一覽眾山小”,在區域空氣品質持續改善、碳達峰碳中和、空天環境安全等領域發揮具有全國影響力的戰略性功能。

  登頂大不易

  6.6公里、318個彎

  “爆胎了!”聽到隆隆的車輛異響,一車人就知道大事不妙。

  這裡距山頂不到3公里,海拔已上千米,冰雪隨處可見。想起上一次,我們就曾被路面結冰“勸返”,這是我們第二次上山。

  上觀測站可真難!從武義縣城出發,驅車向南先到柳城畬族鎮,再到山裏的上黃村,最後“盤”到海拔1128米的大毛尖山頂。即使天氣足夠好,這趟60多公里的旅程也要花費近2.5小時。

  車出了故障,可觀測站就在頭頂。我們一路小跑,用腳丈量這段開山之路。最後一個轉彎處,一面警示牌立在崖邊:“非監測車輛嚴禁駛入”。終於,我們到頂了。

  上黃觀測站站長劉蘭忠站在路邊等我們走近:“你們一來就體驗了一把我們的日常。”他笑著説,從上黃村到山頂的路總共6.6公里、318個彎,“這條路5月初才修通,我們叫‘蛇形路、水波面、蚯蚓溝’。”短短兩個月,他的車跑了1.9萬多公里,這個月就爆了兩次胎。

  來到觀測站的南面,一人多高的“上黃觀測站”五個大字豎立在側,一塊石碑刻著“天清氣潔 水秀山靈”,是揭牌當天中國科學院院士曾慶存的題字。

  登上山門,還需拾級而上。“這裡有133級臺階,一步步向上象徵著我國生態環境建設水準不斷提升。”劉蘭忠説。邁入院門,門楣上寫著“觀天門”,這也出自劉蘭忠的手筆:“觀測站既察看大氣,又測量雲雨,所以北面叫‘丈雲門’。”

  什麼是大氣邊界層?劉蘭忠告訴我們,它是指從地面到大約2000米高度間大氣湍流最劇烈的部分,它受大氣運動、地形地貌、太陽輻射、污染排放等多因素影響,與人類活動息息相關,是大氣科學研究最重要的科研領域。

  觀測站選址條件苛刻:海拔要在1000米-1500米的區間內、方圓50公里範圍內沒有污染源、氣流活動頻繁。

  大毛尖山處於武義、遂昌、松陽三縣交界,周圍山高谷深,一天之內氣流方向隨時轉變。“院裏升起的旗幟很容易被風刮壞,一個月就得換新。”他舉例説。這裡向北輻射長三角、向南輻射珠三角,監測數據具有代表性。

  眼前三層樓高的站房佔地400平方米,整個大院足有1900平方米。兩座避雷塔在站房前後守衛,東側多功能室兼具避雷針、水塔、導航燈和“定海神針”的作用——向下打樁至21米深處,無論山體向哪處滑坡傾倒,它都能支撐或牽拉。

  “別看現在這麼平坦,我們第一次來勘址時,山頂連五個人都站不下。”他説,施工時將山頂足足削掉了7米,再用原土回填為平地。

  走進站房一層大廳,墻上挂滿了照片。“開荒時期”的幾張照片裏,大家拿著鐵鍬,周邊的茅草長得比人高。其中一張,劉蘭忠蹲在野外臨時支起的大鐵鍋前,左手拿著一碗速食麵。2019年11月開建起,他就經常和專家學者,以及地方領導來看現場。路沒修通的前幾年,他們需要從上黃村後山徒步翻山,肩挑手提著儀器設備和建築材料。

  工程建設過程中,劉蘭忠的專業也起了作用。為了避免滑坡和水土流失,他主張保留山坡上的野生杜鵑,在山頂四週種上花卉果樹,春天有花、夏天有蔭、秋天有果;為了提高水資源調配能力,在站房所在的地下,建設一個20m3的蓄水池,即使在今年夏秋冬連旱之際,高山上用水依然寬裕。

  上山難變上山美,“要把保護生態環境的理念貫徹到底。”劉蘭忠説。

  地面設備已大體完成,上黃觀測站二期工程即將開工。他從手機中翻出一張規劃圖:“二期包括碳衛星接收站、碳通量監測塔、氣象雷達,兩期總建築面積將達到4555平方米。”這裡將打造國內首座“天地一體化”監測科技園,從地表直通衛星。

  觀天欲何為

  摸清大氣湍流能量結構,指導風能和太陽能綜合利用

  冒著大雨和冰凍,三位科研人員爬上站房的天臺,當起了“維修工”。一台氣溶膠質譜設備的進氣管路氣流受阻、出現異常波動,經過3個多小時的調整才恢復正常運轉。

  受低溫冰凍影響,一台設備運作受阻,三位科研人員正在維護。劉蘭忠 供圖

  天臺上安裝著觀測站的“眼睛”。劉蘭忠一一介紹:軌道平臺裝有自動氣象站、太陽光度計、雨滴譜儀等,配合大氣監測數據,就能“聽懂”空氣粒子和雲霧的“交流”。他們還專門設計製造了“自動升降天窗”,極端天氣條件下,可以為科研人員出入樓頂、安全觀測提供保障。

  “大氣湍流”就像奔騰不息的“水流”,蘊含著無窮的動力,觀測站就是要摸清複雜山地中湍流的能量結構,指導風能和太陽能的綜合利用。“大氣成分通量”如同“水流”中的“沙土枝葉、微量元素和水分子”,精確跟蹤就能了解大氣污染的空間分佈、輸送態勢,為污染治理提供支援。目前,觀測站已經和金華市生態環境局簽訂合作協議,具體指導金華市的空氣污染監測治理。

  扶著圍欄向下望,南門外稍低處還有氣象和大氣通量觀測區。高聳的大氣溫室氣體通量觀測塔,安裝著三維超聲風速儀、高頻二氧化碳和水汽探頭等。觀測站的“手”和“腿”——9米高的5G通訊塔,負責將監測數據傳送到中科院大科學裝置和數據交換平臺,供科研人員做分析研究。

  園區還鋪設了90塊光伏板,聯合山下的水電站和站房一層的新型儲能設備,共同接入觀測站的“心臟”——零碳配電房,為全站提供源源不斷的清潔能源,在外部電力中斷時,儲能還能為站裏供應一週的用電量。劉蘭忠説:“沒有穩定的電壓就沒有穩定的監測數據,所以對電力的要求非常高。”

  觀測站不僅和國網金華供電公司一起打造碳電全景示範園,還合作成立了“1.5℃碳電實驗室”。劉蘭忠告訴我們,把大氣、氣象和電力數據結合起來,開發大數據應用和創新低碳技術,可以為金華和浙江政企提供節能降碳的指導。

  我們提及上山途中路遇的一片碳匯林,“武義碳匯林試驗基地,是浙大、省林科院和我們聯合金華、武義開展的試驗項目。”他説,觀測站對溫室氣體進行長期通量觀測,可以了解人工林吸收二氧化碳的能力及其地域差異和演變過程,支援生態修復效果和森林碳匯功能的評估。

  “藍天保衛戰、美麗中國建設和雙碳目標,我們都參與其中。”劉蘭忠自豪地説。此外,由於高速飛行器都會經過大氣邊界層,觀測站將重點建設我國東部沿海的“聲光電探針”,做到15分鐘時間解析度、10-100米空間解析度的快速探測,保障天空環境的安全。

  我們跟著科研人員回到站房三層的實驗室,兩側玻璃門內,儀器設備正在運轉。得益於恒溫恒濕、智慧電網等十個智慧系統的保護,它們感受不到外面的寒潮和風雨,安然無恙地運作試驗和産出數據。“儀器非常嬌貴,但是‘智慧大腦’經受住了極端天氣的考驗。”中科院大氣物理研究所博士後徐惟琦説。

  據她介紹,這些儀器有的專注大氣中的顆粒物,解析它們的成分、結構和來源;有的專門測量有機氣態樣本,能夠測定不同來源近百種氣體的濃度。而二樓的實驗室是為人工試驗準備的,“空氣與水的沉降是一瞬間的事,必須就地做實驗。”她説。

  為了不影響儀器的“判斷”,站房裏有不少講究。比如木質傢具會産生甲醇等揮發性氣味,所有門和扶手都採用了不銹鋼和玻璃材質;墻面的白色與往常略有不同,也採用了特殊的漆料。為了避免汽車尾氣和烹飪油煙影響,科研人員儘量坐一輛車上山,中午也只吃簡餐應付。

  群英聚集地

  這裡不僅博士雲集,院士也是常客

  “這是我們自産的‘上黃袍’。”二樓會客室裏,劉蘭忠給每個人倒上一杯茶。原來,在山坡上栽種的花卉果樹間,還有從武夷山帶來的一批茶樹,隨觀測站冠上了“上黃”的名字。

  在主持上黃觀測站工作之前,劉蘭忠曾經一手建設了武夷山大氣環境觀測站,並在那裏工作20多年。“這裡將産生全國和世界級的研究成果,所以我決定來武義,再次從零開始。”他説。

  從地質調查、站房設計到資金管理,年逾花甲的劉蘭忠全程參與,還自掏腰包20多萬元。“不少人喜歡回憶過去寫自傳,我想,這兩個觀測站就是我的自傳。”他笑説。

  走廊上,大大小小的紙盒裝滿了零件,大家正在給儀器設備打包。“兩個月的課題研究剛結束,我們馬上回北京。”徐惟琦解釋,由於儀器怕震動,他們需要把每個零件拆卸下來、包上緩衝墊,開車近24小時從觀測站“門到門”帶回中科院。

  這些科研人員都是有海外留學經歷的名校博士生,徐惟琦就畢業于佐治亞理工學院。這裡不僅博士雲集,院士也是常客。在揭牌儀式和幾次研討活動上,20多位國內相關領域的院士就在此齊聚一堂。

  觀測站的順利運作也離不開府院合作。揭牌儀式上,武義縣人民政府向中科院大氣物理研究所捐贈4550平方米土地和1102平方米房産,而此前6.6公里的盤山公路也是由武義縣交通運輸局修建。現場,省市相關負責人表示,各級政府及生態環境部門將全力保障觀測運作、支援後續規劃建設,與中科院做好基礎研究和科研項目的協同融合,促進科研成果轉化。

  天色將晚,劉蘭忠開車帶科研人員先行返回,站房裏只剩下上黃村老支書王澤民。去年,經常來村裏開籌建會的劉蘭忠,與退休的王澤民相熟,便邀請他來觀測站負責後勤。每天早上6時多,王澤民步行一個多小時上山開門、澆花、清掃,晚上等科研團隊離開後,再步行40多分鐘回村。

  上黃村與上黃站頗有淵源,中國工程院院士王金南的家鄉就在這裡。他一直關注浙江生態環境事業,曾在2017年為觀測站落地武義“牽線搭橋”。觀測站動工當天,他給劉蘭忠發來慶賀詞:“觀測站通宇穹藍天在我呵護地球 古村落閱華歷美麗有你振興山村”。

  海拔千米的上黃村曾因“江南布達拉宮”之稱火出圈,村裏保留著120多棟傳統土夯房,如今只留下幾十位老人居住。眼下,中科院團隊和浙大團隊都選定了閒置房源,和上黃村簽約承租。等修繕完畢,這裡將是他們的食宿落腳點和臨時的科研場所,這個高山村也將成為名副其實的“高學歷村”。

來源:浙江新聞客戶端    | 撰稿:胡靜漪 沈超 共用聯盟·武義 李增煒 通訊員 朱智翔    | 責編:俞舒珺    審核:張淵

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