科學抗霾，任重道遠：北京大學朱彤教授專訪|NSR訪談

　　北京大學環境科學與工程學院院長、長江學者朱彤教授 1991 年畢業于德國伍珀塔爾大學（University of Wuppertal）并獲得博士學位。作為研究大氣污染問題的專家，他長期為政府提供重大國際活動（包括 2008 年北京奧運會）中控制空氣污染問題的建議。

　　朱彤教授曾是國際全球大氣化學（IGAC）科學指導委員會的共同主席，現兼任國家自然科學基金委員會重大研究計劃“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”的指導專家組組長。他的主要研究方向為大氣污染的化學反應、環境污染的健康效應、超大城市和區域大氣污染控制，以及地氣交換和全球生物地球化學。

　　國家科學評論（National Science Review, NSR）近日就中國大氣污染研究現狀及其對空氣污染控制的貢獻等問題，與朱彤教授進行了交流。

　　朱彤，北京大學環境科學與工程學院教授（照片由受訪者本人提供）

　　國家科學評論（以下簡稱 NSR）：大氣污染研究日益受到重視，總理還說要“懸賞”科學家解決空氣污染問題。您能總結一下這個領域主要的科研成就嗎？

　　朱彤（以下簡稱朱）：有一種錯誤的觀點認為我們仍然不清楚空氣污染的成因。實際上各國科學家經過幾十年的研究，已經對導致空氣污染的關鍵因素，如排放源、化學反應和不利氣象條件有了較為詳盡的認識。

　　目前面臨的主要挑戰是，在嚴重的灰霾天氣中，這些因素間復雜的相互作用和反饋導致了所謂的大氣復合污染，使空氣污染的預測和控制更加困難。為了應對這一挑戰，國家自然科學基金資助了聯合重大研究項目“中國大氣復合污染的成因、健康影響與應對機制”，“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”是其中兩個重大研究計劃之一。一些其他資助機構如科技部、總理基金也正在資助針對空氣污染的大型研究項目。

　　在這一領域我們取得了許多科研進展，很難簡短地進行全面總結。盡管針對一些具體研究的結論仍存在爭議，但是科學家已就以下幾個方面達成共識。

　　首先，空氣重污染事件與氣候系統有關。全球氣候變化可能導致華北地區冬季由北向南冷鋒頻率減少，沒有北風的到來，這些地區的大氣污染物會不斷積累，很難消散。

　　其次，懸浮顆粒形成的氣溶膠會增強空氣污染。研究發現氣溶膠顆粒與大氣邊界層的相互作用減少了地面熱通量和邊界層中的湍流，從而使邊界層更加穩定，不利于大氣污染物的擴散。這就是所謂的“穹頂效應”。例如黑碳（Black carbon , BC）顆粒在改變大氣邊界層的特征中起到了關鍵作用，從而加重了灰霾污染。

　　第三，污染物之間的化學反應比預期的要復雜。科學家們提出，氣溶膠顆粒表面形成的新氧化劑和反應可能促進二次氣溶膠的快速生成，但他們還需要通過外場觀測、實驗室研究和模型模擬找到一致的支持這一理論的證據。

　　另外，中國科學家在揭示大氣中涉及羥基（OH）自由基的化學原理方面取得了重要進展。大氣氧化是大氣污染形成的最基本機制，OH 自由基是大氣中最重要的氧化劑。北京大學的科學家通過與德國尤里希研究中心（Forschungszentrum Juelich，FZJ；在能源、環境、信息和大腦研究方面領先的一個歐洲研究中心）的研究人員合作，利用激光誘導熒光裝置測量了中國大氣中的OH自由基,發現了一種大氣中OH自由基再生的新機制，進而還發現這一新機制適用于全球大氣環境。

　　NSR：打斷一下，這項裝置是否已經在大氣污染研究方面得到商業化和推廣？我們知道，我國政府正鼓勵科技人員自主研發裝置。

　　朱：還沒有。該裝置是在較早版本的 FZJ 儀器的基礎上開發出來的。正如前面所說，北京大學的科學家和 FZJ 一直在中國大氣氧化的化學轉化方面開展合作研究。

　　在研究過程中，修改調整了很多重要的參數，使該儀器在觀察中國大氣狀況和收集相關數據時更適合、更準確。

　　這臺裝置目前還不適合商業化，它只適用于我們自己的研究，因此普及性不是很高，而且操作起來也很困難。

　　中國近幾年進口了大量科研儀器設備。其中一個原因就是我們的科學研究發展很快，并且資金雄厚。每個研究人員都渴望獲得更多新的觀測數據，使用進口的先進儀器是最簡單快捷的方法。

　　另一方面，儀器的設計和改進通常需要很長時間，自主研發的儀器可能會經歷不可靠的階段。更重要的是，科學家自身投入儀器研發的動力不夠大。因為我們的教職評估和晉升體系主要是基于期刊論文，而不是儀器設備研發。

　　NSR：大氣環境的研究成果，對政府的污染控制措施有什么貢獻？

　　朱：在過去的幾十年里，世界范圍內科研人員的工作極大地促進了政府對空氣污染控制政策的制定和實施。一個主要貢獻就是查明大氣中主要污染物的組成，另一個則是追查其主要來源。

　　基于排放源、化學反應和氣象條件的研究成果，科學家們已經建立了從局部到區域等尺度的空氣質量模型，用于模擬空氣污染的形成過程，并能像天氣預報一樣預測空氣污染。該模型還可用于大氣污染控制情景分析，以便制定污染控制措施。事實上，中國政府現在實施的清潔空氣行動計劃主要就是以科學家的研究為基礎制定的。　　

　　NSR：如您所說，科學家對京津冀地區的大氣環境進行了大量的研究，以此來支持政府的污染控制措施。這些努力也取得了重大進展。PM2.5（直徑小于 2.5 微米的顆粒污染物）濃度持續下降，藍天天數增加。但這些似乎與普通人的感受相矛盾。許多人認為北京的霧霾自 2008 年奧運會以來變得更加嚴重，尤其是 2016 年冬天；而官方數據則顯示 PM2.5 濃度下降，藍天天數增多。此外，PM2.5 被認定為北京霧霾的罪魁禍首。但直到 2012 年，PM2.5 濃度才被廣泛報道。霧霾加重是否與此前污染控制措施中對 PM2.5 的疏忽有關？

　　朱：自 2008 年奧運會以來北京霧霾變得更加嚴重的這種感覺是不客觀的。公眾的看法往往不能反映實際情況。官方根據污染物濃度日均值和年均值的數據來評估空氣質量，自從 2013 年中央推出清潔空氣行動計劃以來，觀測結果顯示中國城市空氣質量普遍有了明顯改善。但是，如果公眾經歷了一些嚴重的污染日（盡管此前有藍天的日子），就可能認為空氣質量整體惡化。除此之外，天氣條件也可能會造成一段時間內更密集的重污染天氣出現，但這些不能否定大氣環境的整體改善。

　　中國的科學家，比如北京大學的研究人員，早在上世紀就已開始研究 PM2.5，比世界衛生組織 2005 年將 PM2.5 納入空氣質量指導值還要早。雖然在 2013 之前沒有全國 PM2.5 監測網絡，但當時針對 PM10（直徑小于 10 微米的顆粒污染物）的污染控制措施也能減少 PM2.5 的污染。

　　NSR：讓我們從顆粒物污染回到大氣污染。您如何看待不斷增加的臭氧污染？中國是否已經建立了一個像控制硫酸鹽和硝酸鹽那樣的嚴格系統來防止臭氧濃度上升？

　　朱：臭氧污染不是一個新的環境問題。地面臭氧和部分 PM2.5 成分是通過大氣中的化學反應形成的，因此它們也被稱為二次空氣污染物。臭氧和 PM2.5 也是大氣污染復合物中的兩種主要污染物。中國科學家從 20 世紀 70 年代就開始研究臭氧污染，雖然后來的研究和污染控制都集中在更嚴重的顆粒物污染上，但這并不意味著臭氧污染被忽視了。一方面，通過控制揮發性有機物（volatile organic compounds , VOCs）和氮氧化物的排放，以防止顆粒物的形成，也有利于抑制臭氧的增加。而另一方面，當顆粒物污染得到更有效的控制后，空氣能見度增加會增強太陽輻射，從而提高光化學反應的活性，導致臭氧濃度升高。但總的來說，控制一次污染物的排放也有利于控制臭氧和 PM2.5 的污染。

　　揮發性有機化合物是影響臭氧的主要因素之一。目前，與二氧化硫不同的是，國家對揮發性有機物的排放還沒有制定總量控制。部分原因是揮發性有機物具有多種來源，如汽車油漆、汽車尾氣、加油站、化工廠和石化企業等。在實施揮發性有機物排放的總量控制措施前，需要開展更多的研究，追蹤揮發性有機物的各種來源并分析它們的影響。但是，即使沒有總量控制，通過實施更嚴格的車輛排放或工業排放標準，同樣可以控制揮發性有機物的排放。

　　NSR：空氣污染關系到每個人，您認為大氣污染研究的科學傳播做得怎么樣？

　　朱：我必須承認中國科學家這方面做的很不夠。科學家們很忙，而媒體往往不能準確地傳達科學家的觀點。一些科學家一開始較熱心在媒體上發聲，但是當他們發現報道的內容與他們原來的表述大相徑庭時，他們會在學術界同行面前感到非常尷尬，最終逐漸疏遠了媒體。此外，許多科學家不知道如何簡單清晰地解釋污染形成背后的科學原因，因為這需要一定的溝通技巧。

　　但是科學傳播是非常重要的，我們必須面對這項挑戰。國家自然科學基金重大研究計劃“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”為此資助了一個專門向公眾宣傳研究進展的科普項目。

　　該項目不僅鼓勵研究者們向公眾傳播他們的研究發現，而且還在嘗試擴大影響范圍。在著名的大氣環境化學家、中國工程院院士、北京大學教授唐孝炎的領導下，該項目還將涵蓋許多媒體——比如北京電視臺的一位制片人就參加了這個項目的實施。

　　此外，我們還將積極利用新媒體平臺，同時也歡迎有廣泛影響的自媒體記者加入，進一步擴大我們獲得的科研成果的影響力。

　　大氣污染的成因復雜，科學理論和方法的突破可為污染控制政策提供更加有效、可靠的科學依據，有關大氣污染的科普工作，能夠讓公眾了解大氣污染成因，支持科學研究活動。希望我們能在各方支持下，將大氣污染研究的科學傳播做得更好。

　　本文英文原文 2017 年 11 月發表于《國家科學評論》(National Science Review, NSR)，原標題為“ Using science to conquer haze:an interview with Tong Zhu ”。《國家科學評論》是科學出版社旗下期刊，與牛津大學出版社聯合出版。“科研圈”獲《國家科學評論》和牛津大學出版社授權刊發該文中文翻譯。

　　如需閱讀英文版，請點擊以下鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwx144