“追因溯源”助力大氣污染防治
——記中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員劉子銳

崔 芳

劉子銳

3月15日，早上7時，當(dāng)不少人還安靜地沉浸在睡夢中時，一條《沙塵暴預(yù)警升級：北方12省市出現(xiàn)大范圍黃沙》的消息在各大網(wǎng)站迅速傳播，相關(guān)預(yù)警消息也接連出現(xiàn)在很多人的手機里，希望第一時間引起人們的重視。

中國科學(xué)院大氣物理研究所的科研工作者是繼北京市氣象局之后，最早關(guān)注這一消息的群體。對他們來說，這一天是個忙碌的日子，因為實時記錄溫度、濕度、氣壓等大氣參數(shù)對他們后續(xù)的實驗將十分重要，他們不能錯過這個機會。

8時之后，空氣質(zhì)量繼續(xù)惡化，北京大部分地區(qū)的天空像開了“昏黃”的濾鏡一樣，臟兮兮的，能見度也從2公里下降到小于1000米。當(dāng)一部分人出門上班時，外套、頭上，全被蒙上一層細細的黃沙。不少人感嘆，這種世界末日般的氣象，已經(jīng)好多年沒見到過了。

一直在中國科學(xué)院大氣物理研究所忙碌的研究員們，是助力重霾污染預(yù)警和防控的環(huán)境保衛(wèi)者。此前很長一段時間，他們就像研究對象空氣一樣，存在，但不顯山不露水。直到一場起源于蒙古國的黃沙，掀起了他們的面紗，也將他們置于聚光燈下。黃沙過后，人群散去，但作為大氣污染研究的主力軍，中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員劉子銳和他所在的團隊，還將在環(huán)境長征路上繼續(xù)前行。

心系大氣環(huán)境

翻開國家環(huán)境保護總局2001年發(fā)布的《中國環(huán)境狀況公報》，水環(huán)境保護赫然排在最前列，彼時，保護水資源是大多數(shù)人對于環(huán)境保護的全部理解。那一年，劉子銳對環(huán)境科學(xué)的認識也沒有多少，但他隱隱地覺察到，環(huán)境保護會是未來的新興行業(yè)，于是，在高考志愿專業(yè)申報的那一欄中，他寫下了環(huán)境科學(xué)。

碩士期間，劉子銳開展溫室氣體研究，2008年，劉子銳碩士畢業(yè)，跟隨中國科學(xué)院大氣物理研究所王躍思研究員從事大氣物理與大氣環(huán)境研究。彼時，正處于北京奧運前夕，西方國家借環(huán)保不力對中國施加政治壓力。為了辦好這一國際盛事，劉子銳還未來得及好好迎接博士生涯，便披上鎧甲，真刀真槍地跟隨導(dǎo)師和國內(nèi)諸多單位聯(lián)合參與到奧運空氣質(zhì)量保障項目中。在他們的努力下，中國最終實現(xiàn)了自己的承諾：在北京奧運會期間，北京市的空氣質(zhì)量不僅天天達標，而且有10天還達到了一級，劉子銳所在研究團隊也因此獲得“北京市奧運先進集體”榮譽。

這次工作經(jīng)歷讓劉子銳受益匪淺，此后，在很多重要任務(wù)上，勤奮和細心，讓他總是可以先人一步。2010年，劉子銳開發(fā)了基于環(huán)境顆粒物檢測儀的旁路采樣系統(tǒng)（ACCU），這個系統(tǒng)最終應(yīng)用在了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項“碳專項”啟動的全國氣溶膠化學(xué)組分地面聯(lián)網(wǎng)觀測（CARE-China觀測網(wǎng)）；2011年，劉子銳開始在CARE-China觀測網(wǎng)上監(jiān)測PM2.5的濃度，率先從國家尺度上揭示了PM2.5及其化學(xué)組分的空間分布特征，為后續(xù)相關(guān)工作的開展奠定了重要基礎(chǔ)；2013年元月，重霾中高濃度硫酸鹽的形成讓研究者困惑，劉子銳所在團隊設(shè)計實驗，基于觀測數(shù)據(jù)提出有別于傳統(tǒng)氧化途徑的硫酸鹽生成新機制，并在后續(xù)重大霧霾事件出現(xiàn)時，第一時間采樣獲取實時數(shù)據(jù)，與國內(nèi)外團隊合作，驗證了高濃度硫酸鹽并非全部來自無機鹽，有機硫酸鹽亦有“重要貢獻”，回應(yīng)了行業(yè)困惑。

受家庭教育和研究生導(dǎo)師影響，劉子銳對科研道路十分執(zhí)著。他說：“雖然我不知道自己究竟能對環(huán)境做出多大貢獻，但我知道，我一定會在環(huán)境研究的道路上一直前行。”長久的打算讓劉子銳變得堅韌、穩(wěn)重，也讓他的科研成果越來越出色。

專于機理研究

從環(huán)保角度看，中國當(dāng)前大氣環(huán)境問題的主要特點是污染來源復(fù)雜、影響范圍廣。作為長期活躍在大氣污染研究領(lǐng)域的一線科研人員，劉子銳主要遵循“認識污染物+治理污染物”兩步走研究思路，來應(yīng)對當(dāng)前嚴峻的環(huán)境問題。

之所以要分兩步走，是因為隨著對污染物的深入研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，厘清污染物來源及二次生成機制，是解決當(dāng)前污染物治理瓶頸的關(guān)鍵。早期，污染物的治理措施相對簡單——減排，只要排放減少了，PM2.5就下降了。但是，從最近的研究來看，北京的污染物治理正面臨拐點，空氣質(zhì)量持續(xù)改善的壓力不斷增加。劉子銳解釋說：“原來我們排放10克的氣體，可能產(chǎn)生5克的顆粒物，但現(xiàn)在排放5克的氣體，空氣中就可能產(chǎn)生5克的顆粒物，污染氣體的轉(zhuǎn)化能力增強，這讓環(huán)境保護的問題變得更加復(fù)雜。”

最開始引起劉子銳關(guān)注的是二次顆粒物。什么是二次顆粒物？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大氣中某些污染氣體之間，或污染氣體與氣溶膠顆粒之間，會發(fā)生多相化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生顆粒物，這就是二次顆粒物。二次顆粒物比一次顆粒物更加棘手。目前，劉子銳正著手研究二次顆粒物形成所需的條件，試圖通過厘清一次排放的源頭和二次生成的途徑，找到有效減少大氣顆粒物濃度的方法。

其中，與氣粒轉(zhuǎn)化有關(guān)的新粒子成核機理是劉子銳近期關(guān)注的重點。對于新粒子的來源，科學(xué)家之間仍有很多爭議。有人認為，新粒子是氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化的二次顆粒，還有人認為，新粒子是機動車排放的一次污染物，為了確定新粒子來源，劉子銳借助325m氣象鐵塔，對城市不同梯度的污染物進行監(jiān)測。目前，通過研究初步清楚了新粒子成核的誘因及其化學(xué)增長機制。

環(huán)境治理牽一發(fā)而動全身。雖然顆粒物的下降，會帶來空氣質(zhì)量的提升，但按下葫蘆又起瓢，近年來，科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，細顆粒物PM2.5濃度的下降，會減少氣溶膠對HO2自由基的非均相攝取，進而加劇地表臭氧的污染。因此，理清PM2.5和臭氧協(xié)同污染的關(guān)聯(lián)，成為劉子銳案前的又一重點研究工作。

著眼世界前沿

環(huán)境保護問題從來不能一勞永逸，環(huán)境治理工作也從來不是一國之事，在全球大氣環(huán)境污染治理日益嚴峻的今天，全世界環(huán)境科學(xué)研究者應(yīng)該聯(lián)起手來，合作共贏。從研十余載，劉子銳不僅是這樣想的，也一直是這樣做的。

在氣溶膠化學(xué)組分觀測和來源解析方面，劉子銳的研究成果為國外研究者提供了不小的助力。其中，清華大學(xué)、哈佛大學(xué)等國內(nèi)外二十余家研究機構(gòu)將PM2.5成分網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)集，應(yīng)用于數(shù)值模式結(jié)果驗證以及細顆粒物健康風(fēng)險評估的區(qū)域模式模擬；德國于利希研究中心Andreas Wahner教授，也將PM2.5成分網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)集用于其正在編寫的關(guān)于全球氣溶膠組分研究進展的IPCC報告。

此外，在氣溶膠“爆發(fā)增長”物理化學(xué)機制及致霾機理研究方面，重霾過程硫酸鹽的非均相生成—即氣溶膠水相中NO2催化SO2轉(zhuǎn)化的機制在國內(nèi)外的煙霧箱實驗中也得到大幅應(yīng)用。如英國皇家學(xué)會會士Roy M. Harrison教授團隊引用關(guān)于硫酸鹽形成機制的研究成果，作為分析北京地區(qū)硫酸鹽季節(jié)變化的直接證據(jù)；美國工程院院士、加州理工學(xué)院Michael R Hoffmann教授團隊引用研究結(jié)果作為其開展硫酸鹽非均相生成煙霧箱實驗的外場環(huán)境條件。作為中國的環(huán)境研究工作者，劉子銳在國際環(huán)境協(xié)同治理中毫無保留地貢獻了自己所有的力量。

當(dāng)然，國外的研究思路也給了劉子銳新的科研啟發(fā)。在國際著名大氣化學(xué)家、德州農(nóng)工大學(xué)張人一教授的講座中，劉子銳看到了國內(nèi)外空氣治理的差異。他總結(jié)說：“從國內(nèi)來看，我們的主要工作是解決過去和現(xiàn)在的污染，但國外現(xiàn)階段比較重視環(huán)境治理與氣候變化的問題。為什么呢？以大氣中新粒子的成核研究為例，目前雖然和大氣污染沒有直接關(guān)系，但是它會影響太陽輻射能量平衡和成云過程，直接和間接影響氣候變化。所以未來，我們的研究不僅要著眼于現(xiàn)階段的污染物治理，還要著眼于未來與大氣污染治理相關(guān)的氣候變化問題?！?/p>

為了引進新思想，劉子銳決定前往國外取經(jīng)。在將國外的機理模式應(yīng)用于中國的同時，也將國內(nèi)外的研究相結(jié)合，解決國內(nèi)外大氣環(huán)境污染的共性問題。從研究生階段的溫室氣體研究，到博士期間聚焦國內(nèi)空氣污染的大氣顆粒物研究，再到如今放眼世界的大氣化學(xué)研究，大氣在循環(huán)，劉子銳的工作也在國內(nèi)外研究中循環(huán)。

3月15日，中國科學(xué)院大氣物理研究所325米的鐵塔記錄完重霾數(shù)據(jù)后，于第二天又露出了清晰的輪廓。鐵塔下，熙熙攘攘的上班族也恢復(fù)了往日的狀態(tài)，此時，只有研究所的劉子銳等科研工作者們還一直忙碌著，并且，他們會為了外面的人能享受優(yōu)良的空氣質(zhì)量而一直忙碌著。