铁塔之下的大气科研

北京地区盛行西北风，为了更好地获取代表性的气象观测资料，相关部门于1979年在北京西北角的上风方向——海淀区北三环马甸桥北，北土城西路健德门桥的西南角，建成了一座高达325米、亚洲第一的气象塔。作为中国科学院大气物理研究所的基础科研设备之一，这座气象塔可以为研究城市大气污染和大气边界层物理提供高质量的观测资料，为北京市乃至全国提供服务。依托于中国科学院大气物理研究所的大气边界层物理和大气化学国家重点实验室（State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry，英文缩写LAPC，以下简称“实验室”）就坐落在气象塔下的小院内，固定人员80余人。实验室于1988年利用世界银行贷款筹建，1991年经中国科学院批准正式成立并对外开放;1995年通过国家计委验收;2000年、2005年、2010年、2015年通过国家的4次评估，成绩良好。

坚持交叉学科优势

进行全链条布局

大气边界层是指离地球表面约1000～2000米高度的低层大气。它是地圈、水圈、冰雪圈、生物圈与大气圈间物质、能量交换的界面和关键区域，对气候和环境的变化有极为重要的影响。人类的日常活动、工农业生产以及普通军事活动均集中在该层，工程活动如航空航天、高层建筑设计、风能和太阳能利用等也与大气边界层密切相关。大气边界层一直是国内外大气科学的前沿研究领域之一。

大气边界层物理是研究在大气边界层中所发生的物理现象的学科，是大气科学的一个重要分支。边界层的大气，既受气压梯度力、科里奥利力的湍流粘性力的作用，又受地面摩擦作用和由辐射引起的温度分布不均匀性的影响，运动非常复杂，具有涡旋和可压缩流体的湍流特征。大气边界层物理是建立在大气湍流理论基础上的学科。大气化学是研究大气组成和化学过程的学科，是大气科学的一个重要分支，涉及气象、数学、物理、化学、生态、计算机等诸多学科。研究对象包括大气微量气体、气溶胶、大气放射性物质和降水等;研究空间范围涵盖对流层和平流层，水平尺度从城市、区域到全球;研究时间尺度从几天到几年，以至几十年;研究手段包括现场观测、实验室模拟和数值模拟等。

实验室定位于低层大气中物理和化学过程的基础研究，面向国际学科前沿和国家重大需求，坚持观测实验、理论分析和数值模拟相结合，引领我国大气边界层物理和大气化学学科发展与交叉。实验室致力于培养杰出人才，建设优秀团队，在大气边界层基础理论、大气污染成因与模拟预测、地球生物化学循环关键过程、大气化学过程与气候变化相互影响等关键研究领域，开展关键性、前瞻性的基础和应用基础研究，成为该领域代表国家水平、具有国际影响力的一流国家重点实验室。

实验室的建设目标，是促进大气边界层物理和大气化学学科发展并推动人才培养和应用研发;在大气边界层物理、地气交换与碳氮循环、大气化学及气候变化等研究领域，做出国际上有重要影响的基础研究和基础性工作;在大气环境与大气污染预报等应用基础研究方向，为我国经济和社会的可持续发展作出重大贡献，为国家气候和环境外交提供关键科技支撑。

30年来，实验室始终坚持学科交叉优势，充分利用多种研究手段，形成了三大主要研究方向：大气边界层物理与探测、大气化学与大气环境、地气交换与碳氮循环。

大气边界层物理与探测主要研究复杂下垫面湍流相干结构和边界层阵风机制，非均勻下垫面大气边界层结构和交换过程，典型生态系统地-气湍流物质、能量交换规律及特征，海洋大气边界层物理过程，大气边界层过程参数化及其模式应用，特大城市大气边界层理化结构探测与模拟。

大气化学与大气环境是大气边界层物理和大气化学联网观测与系统集成研究，包含二次有机气溶胶来源解析技术，区域大气复合污染的形成机制、输送过程与演变机理，空气质量数值预报模式研制和多模式集合预报方法，突发性大气污染风险场模拟预报技术及移动平台研制。

地气交换与碳氮循环专注温室气体浓度及界面交换通量观测技术，温带半干旱、高寒草甸草原和青藏高原物质与能量交换，温带林地碳氮过程和界面物质能量交换通量特征及环境变化响应，陆地生态系统碳氮循环过程模型自主研制与应用。

除此之外，实验室也是国内唯一一家从微观到宏观全链条布局的大气科学实验室，小到湍流，大到全球大气输送，从分子尺度到全球尺度，进行全面广泛的研究布局，尽力确保每个研究方向都有人做。这些年，经费状况、需求状况不断变化，但是实验室顶住压力，给予各个研究方向稳定支持，让科研人员能够安心坐冷板凳，无后顾之忧。

建设观测研究网

支撑多学科发展

实验室长期致力于建设运行国家/区域尺度的大气边界层物理和大气化学观测研究网，获取大规模、多层面、长时间和系统性的联网观测资料，支撑实验室围绕主攻方向开展系统综合集成研究，为国家解决环境污染、气候变化和生态影响等重大问题提供科技支撑。持续的技术创新和长期的数据积累，驱动实验室引领大气边界层物理和大气化学学科发展和交叉，同时也为其他相关学科发展提供了大量的实验观测资料。

在国家尺度联网观测研究上，实验室形成了CERN气象辐射联网观测研究，建立和发展了中国科学院区域大气本底观测网（CAS-GAW），进行了中国区域气溶胶光学特性地基联网观测研究，建立了中国大气气溶胶化学成分观测网（CARE-China）。

中国生态系统研究网络（CERN）是与美国长期生态研究网络（LTER）、英国环境变化网络（ECN）齐名的三大国家网络之一，实验室负责CERN气象辐射观测网（MROS）的建设和运行。实验室发展了标定核心技术方法，研制了新一代生态系统气象辐射观测标定技术平台，支撑了观测网（45站）第二次更新改造。系列技术方法创新与地理资源所、中国环境科学院、南京土壤研究所等单位共同获2011年度国家科技进步奖二等奖。此外，实验室联合中国科学院5家单位，在中国科学院的支持下，2005年在东北长白山、西北阜康、华北兴隆、西南贡嘎山和华南鼎湖山建成中国科学院区域大气本底观测网（CAS-GAW）。实验室创新了温室气体、化学活性气体和气溶胶观测技术方法，获得3项国家发明专利和5项实用新型专利，因为突出的成果，实验室2011年与安徽光机所等单位共获国家科技进步奖二等奖。

在区域尺度联网观测研究上，在国家领导人和中国科学院领导的直接批示下，实验室于2007年北京奥运会前期，作为首席科学家单位参与组织中国科学院“北京大气环境监测行动计划”，建立“北京及周边地区大气环境监测网”;2008年得到中国科学院和北京市的共同资助，观测网升级为“北京及周边地区奥运大气环境监测和预警网”，为北京实现“绿色奥运”的梦想作出了重要贡献;2009年—2011年，实验室承担北京市科委课题，建立“北京及近周边大气复合污染综合立体监测网”;实验室建立了“京津冀大气霾污染溯源观测网”和“区域大气污染物沉降通量观测网”。系列区域联网观测研究取得系列亮点研究成果。

为了能够凝聚人心，实验室从2011年起，实行“研究员大会”制度进行决策：针对制度的事项，采取实名投票;针对个人的事项，则实行匿名投票。不仅如此，每个研究员还均有机会当选大会的轮值主席，每人为期3个月。由此，人人都能够站在全室的高度和他人的角度去思考和决策，从而团结队伍，并始终围绕国家需求展开科研工作。如今，风雨兼程30年，铁塔之下的幽静小院，仍然不忘初心，默默坚守大气科研。