华北香河气候与环境综合野外科学观测研究站

中国科学院大气物理研究所 北京 100029

华北香河气候与环境综合野外科学观测研究站（以下简称“香河站”）位于河北省廊坊市香河县淑阳镇大罗屯村（39°47′54″N，116°57′28″E），占地约100 亩，隶属于中国科学院大气物理研究所。香河站实验观测和科学研究工作始于20 世纪70 年代，之后不断发展壮大，21世纪初加入了中国科学院日地空间环境观测研究网络，成为中国科学院对外开放野外台站。香河站是国家重大科学科技基础设施“子午工程”（以下简称“子午工程”）、全球气溶胶观测网络（AERONET）、世界臭氧和紫外辐射数据中心（WOUDC）、国际基准地面辐射观测网络（BSRN）的重要站点，建立了包括对流层-平流层-中间层（MST）雷达等在内的从边界层到中层大气的探测系统并开展长期连续观测，观测数据被全球相关科学家广泛使用，为近地层空间环境和全球气候环境变化研究提供了不可或缺的基础数据支撑。

1 研究目标和定位

香河站致力于大气和环境关键参数和过程的探测原理、先进技术、分析方法的探索，构建了从边界层到中层大气的综合观测平台。围绕中高层大气与上、下层间的能量与物质交换的科学研究目标，开展以近地层空间环境和全球气候环境变化为主题的大气过程观测和研究，为中高层大气物理学、日地关系和气候变化、华北地区大气污染监测防治等研究奠定基础。

香河站立足于建设成为亚洲乃至全球有重要影响的中高层大气探测野外科学观测基地和气候环境综合观测平台，以及大气探测与观测实验的国际合作研究基地，为我国在全球气候与环境议题上取得话语权和国家安全需求、大型活动的环境保障等提供科技支撑，为大气科学人才培养提供重要的实验平台和宝贵的观测数据。

2 主要研究方向

香河站主要研究领域包括：边界层—中高层大气探测高新技术研发和观测实验、近地层空间环境和全球气候环境变化长期监测、中层大气在上、下大气层物质能量交换及其天气气候、环境和生态效应等。

（1）边界层—中高层大气参数和过程探测新理论、新技术及装备研发与实验。发展基于地基、天基和空基平台的大气探测新原理和新方法，研制边界层到中层大气关键物理参数和过程及大气成分的探测先进技术和反演方法，建立综合立体的大气探测高技术研究和应用体系，为获取边界层到中层大气基础数据，揭示大气动力、物理、化学过程演变规律及其对气候变化的影响提供重要观测手段；支撑天气、气候及环境变化研究，并为开展新概念、新技术科学仪器和装备的试验和示范应用提供良好的空间和环境保障条件；促进科研成果的转化，为临近空间的开发利用、国家安全、环境外交和国家可持续发展提供关键技术和平台。

（2）中层大气基本过程及其天气气候效应观测和研究。开展以近地层空间环境和全球气候环境变化为主题的中层大气过程观测和研究，科学评估在人类活动背景下亚洲季风区平流层—对流层物质交换对全球气候环境的影响；系统揭示中层大气在上、下大气层交换中的地位和天气气候效应，为中高层大气物理学、日地关系和气候变化等的深入研究奠定基础。

（3）卫星数据产品验证和华北区域气候与环境变化长期监测。开展地基遥感长期观测，为气溶胶和温室气体的卫星遥感提供关键参数和高精度验证数据，提高卫星反演精度；开展大气物理、大气化学和大气环境的综合观测研究，包括大气气溶胶、云、辐射、大气边界层、大气成分的长期监测，积累长期连续高质量基础观测数据，为区域气候和环境变化研究提供坚实的观测数据基础。

3 研究成果与科学贡献

多年来，科研人员基于香河站长期连续观测，取得了一批系统性研究成果，发表相关学术论文200 余篇。香河站先进大气探测仪器设备研发也取得丰硕成果，获授权发明专利19项。香河站的长期观测数据在承担国家科研项目和大型活动保障中发挥了重要作用。

（1）臭氧柱总量长期监测及变化趋势研究。1979年1月1日，香河站加入世界气象组织（WMO）全球臭氧观测网，每月向WOUDC提供臭氧资料，迄今已连续提供了40 多年高质量大气臭氧柱总量观测资料，为国内外卫星遥感产品的验证和全球平流层臭氧评估作出了重要贡献。科研人员基于香河站臭氧观测数据，给出了1984年智利El Chichon火山和1991年菲律宾Pinatubo 火山喷发的硫酸盐气溶胶通过化学过程影响平流层臭氧的有力证据，也明确显示由于人为前体物氟利昂等物质的排放导致了中纬地区臭氧耗损。

（2）MST 雷达持续为“子午工程”一期提供高质量的观测数据。香河站大型VHF/MST雷达建设之初，曾经获得了国内最早、也是国内唯一的大气风场廓线。香河站MST雷达是目前全球为数不多的仍正常工作且获取连续高质量观测数据的MST雷达之一，在观测数据连续性和数据质量控制等方面都领先于国内同类台站。自2011年作为“子午工程”重要仪器设备之一，一直连续为“子午工程”提供高质量观测数据，多次保障重大空间探测任务，先后获得“子午工程”个人和集体荣誉。

（3）华北气溶胶-云-辐射相互作用研究。香河站持续与美国马里兰大学等国内外研究结构合作。基于香河站长期观测及强化观测实验，开展了系统的气溶胶-云-辐射相互作用研究，取得了一系列研究成果，该系列研究工作中署名香河站研究人员发表的SCI 期刊论文超过50 篇（包括两期Journal of GeophysicalResearch特刊），系统揭示了气溶胶光学特性时空特征和规律、气溶胶影响辐射参数化描述，以及气溶胶和辐射变化规律及其相互作用等。

（4）高新大气探测技术及装备研发。自主研发的臭氧双池探空仪达到国际先进水平，发明专利成果已经授权投入商业生产。自主研发成功全天空可见光成像仪和红外成像仪，发明专利已经成功转化，有望进入气象行业业务云-能-天探测系统主流观测仪器设备。新研制的移动地表反照率和微波发射率测量系统通过智能化流动探测，可同时测量不同地表类型地表反照率和发射率，为反照率和发射率参数化提供基础数据。

4 人才培养与队伍建设

香河站重视人才培养和队伍建设，拥有一支活跃在大气探测前沿的创新科研团队，以及有丰富经验的观测技术团队。目前，香河站有研究人员30人，其中正高级职称12人（包括中国科学院院士1人、国家杰出青年科学基金获得者1 人、国家优秀青年科学基金获得者1人）、副高级职称10人、中级职称8人。香河站还有台站观测与技术人员8 名、管理人员1 名、后勤支撑人员5 名。近5 年香河站培养出站博士后2 名，硕士/博士研究生15名。

5 科研能力与技术平台

香河站聚焦边界层至中高层大气观测，始终坚持以基础研究和高技术研发并重，以大气探测原理创新、技术研发与集成以及实验观测为基础，围绕中层大气与气候环境探测的理论和技术问题开展深入研究。在国家重大战略需求和重大科研任务支持下，科研人员依托香河站观测基地，在中层大气过程、气溶胶-云-辐射相互作用、大气环境及雷电物理等方面取得了一批具有国际影响的创新性成果。

香河站在前期中高层大气探测能力建设经验和人才储备基础上，大力加强和发展该区域探测能力建设和升级改造，为相关科学问题研究奠定坚实基础。通过40 余年的长期持续发展，香河站已经拥有MST 雷达、傅里叶高分辨率红外光谱仪、气溶胶-云-辐射观测系统、微波辐射计、激光雷达、在线挥发性有机物分析仪、Dobson臭氧仪和Brewer紫外光谱仪等先进大气探测观测仪器设备，仪器总价值超7000万元，香河站在中高层大气物理学、日地关系和气候变化、临近空间的开发利用、太阳辐射预报、卫星产品验证和大气污染监测与防治等领域发挥重要支撑作用。

6 开放与交流

香河站臭氧、气溶胶-云-辐射、温室气体和雷电观测系统加入多个国内外知名观测网络，并积极参与大型国际合作观测研究计划，以高质量的观测数据赢得了国内外同行的高度认可。Dobson 臭氧仪从1979年开始在香河站被用于观测，历经四、五代人的不断坚持和努力，持续观测至今，该仪器被选入WOUDC，为WMO 提供长期的高质量的连续臭氧观测资料，其数据质量在全球评估中位列第3 名。2001 年，香河站作为华北代表性站点，加入了AERONET，成为国际上为数不多的超过20年的AERONET站。2005香河站加入国际辐射观测网，成为我国唯一的BSRN 台站。2021 年，香河站加入碳柱总量观测网（TCCON），开始监测大气温室气体含量及其长期变化，为助力我国双碳目标的顺利实现提供科技支撑。

香河站先后多次开展气溶胶-云-辐射和大气环境外场观测试验。例如，2008年开展了北京及周边地区奥运大气环境监测/预警研究和中美联合大气辐射观测（ARM）流动观测试验；2009 年开展了北京及周边区域大气复合污染形成机制及防控观测试验；2013 年，包括中国科学院大气物理研究所、中国科学院安徽光学精密机械研究所（现中国科学院合肥物质科学研究院）、北京大学、清华大学、北京师范大学、南京信息工程大学和德国对流层大气研究所等多家单位联合开展了大气灰霾和气溶胶-云加强观测实验。2017年至今，香河站开展了大气环境的连续综合观测研究，为京津冀空气质量精准改善提供了重要的数据支撑。

香河站也致力于打造成为大气科学领域的研究生培养和科普教育基地。香河站目前是中国科学院大学《大气物理与大气探测前沿》《大气辐射学》《大气遥感》《大气探测学》等课程的重要实习和夏令营基地，为本科生和研究生深入理解大气探测原理和大气关键过程提供宝贵的实践机会。香河站也积极举办科普教育活动，已入选北京市海淀区青少年学生校外活动基地，为中小学生体验大气科学的奥秘提供平台，培养青少年探索未知的热情和兴趣。

香河站以开放的姿态迎接国内外科学家开展合作研究，力争跻身世界一流水平的野外科学观测研究站行列，成为有重要国际影响的气候与环境综合观测站和大气探测与观测实验的国际合作研究基地。

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