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共建美丽中国,呵护美丽蓝天——记中国工程院院士、清华大学环境学院院长贺克斌

来源:新清华 2016-4-1期      记者:王冰冰
 

贺克斌

1962年生于四川成都。1990年毕业于清华大学环境工程专业,1993年、1996年及1998年先后在丹麦技术大学环境工程系、美国哈佛大学环境中心、英国利兹大学燃料与能源系做访问学者。现为清华大学环境学院教授,环境学院院长,国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室主任,国家杰出青年科学基金获得者和国家自然科学基金委创新研究群体学术带头人,教育部“长江学者”特聘教授和创新团队带头人。20多年来,致力于大气复合污染特别是PM2.5的研究,在复杂源清单技术、来源识别理论和多污染物协同控制等方面取得了一系列的突出成果。

 

2015年底的一天,中国工程院会议室,大屏幕上正在播放一部名为《天命》的纪录片。片中老一辈院士为促进国家经济建设和社会发展作出的杰出贡献令人振奋,为实现国家繁荣富强勇于担当、甘于奉献的情怀令人动容,感染着在座新当选的每一位中国工程院院士。

清华大学环境学院院长贺克斌就是他们中的一员。作为长期致力于大气复合污染研究的专家,贺克斌曾为2008年北京奥运会、2014年APEC会议、2015年大阅兵等重大活动承担空气质量保障决策和监管的科技支撑任务,对使命和责任这一影片主题的体会格外深刻。面对“院士”的新头衔、新职责,贺克斌表示,这是终生的荣誉也是终生的责任,终生责任大于终生荣誉。

用最先进的技术解决最复杂难题

近几年,随着雾霾在北京乃至全国范围内频繁出现,雾霾防治和大气污染治理越来越成为公众最关心的问题之一。国务院出台的《大气污染防治行动计划》,制定了有关我国大气污染防治的五年计划,成为中国环保史上具有里程碑意义的事情。目前《大气污染防治行动计划》已实施三年,围绕雾霾治理成效,国家环保部委托中国工程院对大气污染治理结果进行中期评估,贺克斌便是这项评估的核心骨干之一。

对贺克斌来说,他不仅要运用自己的专业知识和科研成果为大气污染结果评估提供支持,同时还要对区域大气污染特征进行观测分析,为长期持续的空气质量改善和大型活动期间的区域空气质量保障提供决策支撑。

每遇大型活动,大家争相在朋友圈晒“APEC蓝”“阅兵蓝”,分享天高云朗带来的好心情。而此刻,贺克斌正带领团队运用他们研发的区域空气质量动态调控新技术系统,分分秒秒监控着空气质量变化,并通过构建缜密的计算模型,对区域大气污染防治提供决策的数据支持。

每当电视广播上播报空气质量预报时,贺克斌团队也在同时运用他们设计的高分辨率排放源模式和在线排放清单技术平台,进行在线动态排放清单计算、数据同化与推送,为北京和全国部分省、地级市的气象局和环境监测站的大气污染情况提供实时动态跟踪和预测。

其实早在上世纪90年代,贺克斌就开始致力于大气污染防治的科研工作。当时,贺克斌在美国哈佛大学环境中心做访问教授,他关注到了美国学界正在开展的有关PM2.5标准的争论,而当时国内关注更多的还仅限于PM10。“那时我就想,中国未来经济社会发展进程中也许会遇到类似问题,因此要尽早关注并开展研究。”贺克斌说。

如今,PM2.5已成为当前最为困扰我国空气质量和环境保护的问题之一,“我国的大气污染问题是全世界最复杂、最难解决的。”贺克斌指出,“一方面由于我国快速的工业化和城市化,使得各类污染物的排放量在短时间内快速增长,发达国家用一百多年逐步解决的问题,中国在过去三十多年已经集中发生;另一方面,当前中国出现的PM2.5和雾霾问题更为复杂,在化学机理等方面尚有一些新问题未得到科学解释,因为PM2.5是‘一果多因’的复合并发症。这样复杂的问题就给我们提出了更高的要求,我们必须要研发出世界最先进的工程技术系统来解决这一世界级难题”。

“天上”的问题要从“地上”抓起

贺克斌常说,“天上”的问题要从“地上”抓起,大气污染的源头,就存在于日常生活中的各种建筑、工业、交通的污染排放中。1996年从哈佛回国后,贺克斌开始带领团队着手开展“天上”和“地上”两个系统的研究。

针对“天上”的问题,贺克斌带领团队研发出基于观测和模拟的大气复合污染多维溯源技术。他们长期进行野外定点观测研究,通过多年收集、研究大气中PM10、PM2.5及其化学组分,以及二氧化硫、二氧化氮等污染物的浓度数据和气象变化数据,从重现率高的现象中总结PM2.5浓度及其化学成分与污染物排放和气象变化的相关性。他们根据观测结果不断改进数值模拟模型,建立了更精准表征的数理方法,进而通过气象数据、排放数据和污染浓度数据,预测和描述未来,支撑政府进一步决策,如《大气污染防治行动计划》的制定等。这样“第一手”的基础数据观测积累工作,贺克斌团队已坚持近20年。

而对于“地上”的问题,贺克斌带领团队通过对各类排放源的测试实验,摸索污染源排放的特征、规律,开发出基于动态过程的大气污染源高分辨率清单关键技术,并建立了在线排放清单技术平台。这项新技术从行业、产品、技术、污染控制等多个维度,将污染源识别范围由几十种增加到700多种,清单更新频率从5年~10年提高到1年,并将主要污染物排放量的不确定性降低了50%~70%,显著改善了清单的准确性和对污染源的识别精度。他们通过多模式机制化学物种排放的统一算法,将可解析的化学物种从十几种提高到了500多种。

从“天上”抓理化规律,从而确定“地上”可能存在的问题,并提出相应的防控措施。按照这样踏实的步骤,贺克斌团队从迹象到现象,逐步找证据、推测化学反应路径、并通过实验设计重现这一反应,再逐步总结规律,慢慢就掌握了污染源排放、大气污染程度和气象变化之间的规律。

这项研究不仅对我国的雾霾防治至关重要,对国际大气化学和大气科学也有重要意义。贺克斌团队研究设计的在线排放清单技术平台,被国际研究计划排放清单首席科学家戴维评价为“世界一流的工作”;他主持设计的我国排放清单编制技术指南体系,已在全国数百个城市推广应用;他发表的关于我国PM2.5及其前体物排放演变的相关论文,被评为“最具影响国际学术论文”。

以“治标”促“治本”

“一些人片面地认为雾霾防治就是对建筑、工厂、机动车等实行简单直接的减停,其实不然,因为这不能从根本上解决问题。”贺克斌说,“当前我国正处在社会经济快速发展的阶段,不能片面地采用停滞社会发展的方式实现蓝天白云,而要在保证正常有序的社会经济发展的前提下根本解决大气污染问题。”

基于大气污染源高分辨率清单关键技术和大气复合污染多维溯源技术,贺克斌带领团队研发出了多污染物协同控制系统分析技术,并设计了区域空气质量动态调控新技术系统。这套系统最初应用在2008年北京奥运会开幕前和奥运会期间,持续晴好“奥运蓝”成为贺克斌团队这套科研技术获得成功的生动证明。此后,这一技术被更广泛地应用于各种具有国际影响的大型活动中,2010年上海世博会、2010年广州亚运会、2011年深圳大运会、2013年成都财富论坛、2014年APEC会议、2015年世锦赛和大阅兵,中国的蓝天一次次分外明媚地呈现在世界各国媒体的镜头中。

贺克斌带领团队研发的技术成果并非只为简单地建立一套理论,而是要切实应用于实战。这一技术从工程科学技术层面认识问题、解决问题等方面来看,既能“治标”,又促“治本”。他们通过排放源表征、数值模拟等方法的综合,将排放与空气质量定量关联,不仅能精准确定污染源的地理区域,还能清晰地分辨出关键排放源。“这种工程技术方法既可用于临时减停的决策支撑,也可用于长期逐步减排的决策支持,无论是对短期空气质量的保障还是长期空气质量的改善,都有重要作用。”贺克斌说。

如今,全国90%以上的空气质量预报系统都已应用贺克斌团队研发的排放源清单技术系统,他们的清单技术平台也通过网站推送给中国环境监测总站以及全国各级城市的空气质量预报预警系统。

除了提供常规的基础数据外,他们的技术平台还支持为特定用户定制数据产品,比如为河北省建立“河北省大气污染治理动态评估与管理平台”,提供特定时段和特定区域的实时空气监测和大气污染防治建议,这种“云平台”的动态数据应用,在世界范围内还是首创。

面对国家“十三五”规划决胜时期的新形势和新要求,贺克斌及其团队已埋首于更加艰巨的科研工作。他们要通过不懈努力,继续为建设美丽中国和美丽蓝天添砖加瓦,为实现“中国梦”贡献自己的力量。