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为了纯净的蓝天,我们一直在努力

来源:清华新闻网           学生记者 王仙茅 徐雯

你是否能够想象:有一天,当你抬头仰望天空时,纯净的蓝天早已无影无踪,城市上空被灰色云层笼罩,“灰霾”一样的天气让你出门时不得不戴上厚厚的口罩。近年来,环境污染、气候变化等问题越来越受到人类社会的关注。全球气候变暖,空气中的温室气体、大气颗粒物的含量逐渐增多,酸雨危害不断加剧,沙尘暴愈演愈烈……种种现象,不仅危害着人类的健康,更关乎人类的命运。

为了还给天空一片纯净的蓝色,国内外许多学者就如何有效控制大气颗粒物及其前体物的排放付出了大量努力,苦苦寻找解决办法。

自1996年以来,清华大学环境科学与工程系贺克斌教授、郝吉明院士和他们的科研团队一起在这个领域努力钻研,取得了丰硕的成果。他们通过长期的野外观测、实验室模拟和模型计算,定量解析出二次无机/有机颗粒物关键来源,并且建立了我国排放因子数据库。他们向北京奥组委提供的建议和方案,对2008年奥运会期间北京空气质量达标作出了重要贡献,同时也为世界防治大气颗粒物提供了很好的借鉴。2010年1月,他们的研究成果 “大气颗粒物及其前体物排放与复合污染特征”获得了国家自然科学二等奖。

呼唤蓝天,我们的使命

工业革命让人类从手工业时代跨入了工业时代,是人类历史上的巨大进步。从此,科技发展日新月异,人们的生活发生了翻天覆地的变化。而与此同时,整个地球因为人类的活动受到的影响也越来越大。可以说,人们前进的每一个脚印,都是以付出巨大的能源消耗和环境破坏作为代价的。

在这当中,大气颗粒物对环境和气候的影响,更是直接影响着人们的生产生活,它的主要危害有:影响人体健康,影响空气能见度,造成区域酸沉降,形成跨境棕色云,引起全球气候改变等。

而中国作为世界上最大的发展中国家,受大气颗粒物的影响尤为严重。“我们国家工业发展迅猛,工业排放体系很复杂,这就导致了大气颗粒物的成因也较为复杂;另外,我国诸如燃烧秸秆的非工业活动也会释放出大量的颗粒物。”贺克斌介绍说。

当“雾都”伦敦已经成为历史时,我国的很多城市却不断出现 “灰霾”等恶劣天气:首都北京每年春天的沙尘天气;黄淮海地区、长江河谷、四川盆地的“雾霾”天气;珠三角地区的光化学污染和 “灰霾”天气……种种现象显示,减少大气颗粒物的排放迫不及待,这对于中国有着十分重要的现实意义。

作为清华环境科学与工程系的教授,贺克斌深知自己肩上的责任。1996年,贺克斌、郝吉明和他们的团队开始了对大气颗粒物漫长而艰辛的研究。

上下求索,十年磨一剑

万事开头难。项目刚开始,科研团队便遇到了许多困难。

要对颗粒物进行深入研究,就需要大量的第一手数据,而这些数据在当时的国内几乎是空白。要采集数据,就需要长期的野外观测,这对人力物力要求很高,科研经费一时还跟不上;而且项目起步时,他们的分析设备也不够先进,往往要把采来的样品送到位于香港和底特律的合作伙伴研究所去分析。

“刚开始的几年确实很困难,尤其是前5年。我们是从零开始,又没有经验,许多人对此持有怀疑。”贺克斌回忆说。

单是在北京选择合适的观测点,他们就费了很大周折。

“为了分析北京市内和郊区颗粒物含量的差异,我们决定在市内和郊区分别设立采样点进行采样比对。”于是,最初的两个采样点选在了车公庄和清华大学。

“可是经过一段时间的采样研究,我们发现车公庄的采样点和清华采样点获得的数据差别甚小,也就是说,车公庄和清华的采样点均可以代表北京市区。于是,我们将车公庄的点移至位于昌平区的‘200号’学术基地。后来我们发现‘200号’受昌平区工业影响较大,不具备北京郊区的典型代表性,最后我们决定将背景采样点设在了离清华一百多公里的密云县。”

为了更科学地进行数据采集,他们配合使用了两种采样手段———用长期、连续的“周均采样”,配合高密度的“加密采样”。“我们的采样手段,好比长期的低分辨率的摄像机和高分辨率的照相机。”贺克斌形象地比喻道。

数据采集是一个长期的过程。空气中的污染物是遵循一定自然规律的,它们产生的各种化学反应也不是人能左右的。所以,必须要先弄清楚它们发生作用的规律,在这个基础上,才能考虑如何对排放源进行控制,控制什么最有效。而“寻找规律必须以长期大量的观测数据为基础,对于短期观测,你怎么知道选出来的采样时段就是最典型的呢?所以我们也相应地配备了很多补充手段,对这些数据一直在做分析,甚至会拿出好几年前的数据再次分析。感觉就像图书馆积累资料一样,不断地积累数据,并从中找寻规律。”贺克斌说。

由于大气颗粒物的研究具有一定的地域特征,研究团队同时还在全国各地设点采样。经过长期不懈的努力和攻坚,研究团队逐渐建成了较为完备的研究体系。他们的研究范围开始增大,逐渐扩展到华北、华东(上海、宁波)、华南(广州、深圳、香港)和西南(重庆)等地区。

辛勤的耕耘换来收获的喜悦:他们解决了高浓度污染物背景下气态吸附和颗粒态挥发导致采样误差的关键技术问题;定量解析了农田秸秆焚烧对中国城市含碳气溶胶形成的影响;他们还发现二次无机细粒子形成机制与来源的季节和地域差异,建立了排放因子数据库;他们发表的论文达116篇,被他引1497次……

成果应用,奥运显身手

北京奥运会的华丽与盛大给全世界留下了难忘的记忆。辉煌的背后,凝结着无数人的辛苦和汗水。贺克斌和郝吉明的团队,就是在奥运背后默默奉献的群体。

以前北京的空气质量不尽如人意,空气中大气颗粒物超标,这也一直达不到国际奥委会的要求。为了使空气质量达标,北京市一直在苦苦努力着。

“一般的空气监测只是采集直径小于10微米的污染物,而不分出直径小于2.5微米的污染物。但是在北京,2.5微米以下的污染物含量却一直呈递增趋势。”贺克斌说,“我们研究发现,夏天北京空气中硫酸盐含量很高。这是由于夏季温度高、湿度高、日照强烈,因此空气中化学反应频繁,二氧化硫在这样的条件下很容易转变为硫酸盐,成为2.5微米以下污染物的主要成分。北京市一直注重冬季供暖期二氧化硫的治理,却忽略了夏季,而夏季正是举办奥运会的时候。”

于是,研究团队向北京奥组委提出夏季控制细颗粒物污染应该更重视二氧化硫减排的建议,受到北京奥组委的高度重视。在北京市和周边六省共同努力下,通过一系列措施,2007年年底,北京终于达到了二氧化硫的减排要求。

“在奥运期间我们做了观测,即使在不刮风、不下雨这种不利于污染物扩散的气象条件下,空气质量仍然能达标!”贺克斌的喜悦之情溢于言表。

奥运期间北京的蓝天白云验证了这一策略的成功,也为之后解决城市“灰霾”天气提供了经验。

“摸清了气象和大气的化学过程与规律,就知道如何去控制污染源,所以现在很多地方越来越重视预警机制。如北京曾实施的汽车单双号出行等短期减排措施,抑制了重污染现象的出现。这就好比一个人感觉自己可能快感冒时,赶紧多喝白开水,把感冒压下去一样。”贺克斌打了个生动的比喻。

项目的研究成果成为编制《第29届奥运会北京空气质量保障方案》中主要措施的重要科学依据。奥运会后,他们的研究团队被国家环境保护部评为 “北京奥运会残奥会环境质量保障工作先进集体”,而郝吉明和贺克斌也被环保部评为 “北京奥运会残奥会环境质量保障先进个人”。

承担义务,世界的需要

2009年12月,在哥本哈根召开的联合国气候变化大会上,中国在环境和气候领域承受了前所未有的压力。如何减少温室气体及颗粒物的排放,成为中国必须直面的现实。为此,中国在进行着不懈努力。“大气颗粒物及其前体物排放与复合污染特征”项目成果,给了国际社会一个很好的交代。

贺克斌、郝吉明的研究团队在长期积累中建立了翔实的数据库。这个数据库不仅对中国研究改善空气质量有很大价值,对世界各国尤其是发展中国家也有很大的帮助。“我们的数据可以为发展中国家所用,我国工业发展过程中积累的经验也可以引导其他发展中国家少走弯路或选择自己合适的道路。”贺克斌说。

研究团队发表的论文,给国际同行提供了很好的借鉴。他们的论文被国内外学者他引1497次,SCI论文他引849次,成果被国际同行评价为“原创性”工作。

未来,团队将会继续朝着两个方向发展:一是对中国不同区域的复合型大气污染研究,希望能从中找到突破点,减缓很多城市的“灰霾”天气现象;二是关注常规大气污染与气候变化的互动,探寻解决空气污染问题的全方位的办法。

相信在不久的将来,这支充满生机的团队会给我们展示更加明媚的蓝天。