环境科学研究：解决现实问题并肩负社会责任

——访北京大学环境科学与工程学院院长朱彤教授

　　环境和健康，是当前从国家到每个人都关注的问题。环境科学家究竟在研究什么？他们的研究又如何在国家政策及人民生活中施加影响和发挥作用？北京大学120周年校庆之际，分析测试百科网采访到北京大学环境科学与工程学院院长朱彤教授。作为研究大气污染问题的专家，他长期为政府提供重大国际活动（包括 2008 年北京奥运会）中控制空气污染问题的建议；他曾是国际全球大气化学（IGAC）科学指导委员会的共同主席，现兼任国家自然科学基金委员会重大研究计划“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”的指导专家组组长。他的主要研究方向为超大城市空气污染、大气化学反应动力学、环境与健康、青藏高原-极地-海洋大气化学。

北京大学环境科学与工程学院院长 朱彤教授

环境科学研究和国家政策的关系

　　朱彤教授首先用最浅显的表述说明了自己的研究方向：“我主要研究大气污染形成的原因，最近主要研究大气污染如何对人体健康产生影响。”

　　环境科学研究如何对国家政策产生影响？朱彤以“大气细颗粒物（PM_2.5）对人体健康的影响”举例说明。PM_2.5对人体健康的影响十几年前在国外已有较充足的研究证据，而当时中国在此方面的研究还非常欠缺，人们对环境影响健康的问题甚至还很敏感。他表示，作为环境科学研究者，虽然已确认环境污染对人体健康有影响，但需要开展更多基础理论研究来证明其影响。朱彤课题组从18年前就开始了大气污染对人体健康影响的研究，不仅仅从流行病学，而且把流行病学和毒理学结合起来，研究大气细颗粒物如何对人体健康产生影响。大概到7、8年前，当整个社会开始关注PM_2.5的影响时，课题组已积累了很多基础理论和证据性的研究成果，可为将PM_2.5纳入到国家的空气质量监控管理法规中提供相关科学依据。

　　朱彤课题组目前正在做一些更加前瞻性的研究：PM_2.5是细颗粒物，但在空气里还有比PM_2.5更细小的颗粒物，它们是不是对人体健康危害更大？课题组不仅提出了该种可能性，目前正在积累证据，如果未来证据足够多，亦有可能对我国乃至其他国家环境保护法规的制定起到一定指导作用。

环境科学研究的特点

　　科学研究的领域很多，那么环境科学究竟在研究什么？和其它学科相比有什么特点？朱彤教授也为我们科普了这方面的知识。

　　更深入的研究，提出更有效的方法

　　仍以PM_2.5细颗粒物的研究为例：目前政府用PM_2.5质量浓度的日均值和年均值，作为各个省市、地方环境质量评估的依据进行管理。作为环境科学研究者，首先，我们在研究PM_2.5颗粒物的同时还关注更细小的颗粒物，比政府测量管控观测得更细微、更深入。其次，我们不仅监测PM_2.5的质量浓度，还分析PM_2.5的化学成分，因为不同的化学成分对人体健康的影响不一样。当在未来积累了上述两项深入研究的足够证据时，亦将对政府的管理和治理措施提供帮助。

　　因此环境科学研究的第一个特征是：寻找新的指标的证据或是新的可能目标，在研究积累到一定程度时，为政府的管理和治理措施提供科学依据。

　　环境科学研究的第二个特征是：不仅研究环境质量监控指标，还希望能帮助制定更有效的管理和治理措施。

　　当前政府对PM_2.5实行比较宏观粗放型的管理，比如当认识到燃煤是产生大气颗粒物的主要来源时，首先考虑的是把煤的总量削减下来。而主要使用煤的单位是电厂，因此削减燃煤在发电中的用量就成为政府的努力目标，但很多措施，如推行煤改气也对天然气的使用带来很大压力。针对此两难问题，朱彤课题组研究发现：居民用煤总量虽然比电厂少很多（大概总占比为10%），但因为燃烧方式的差异及没有污染物控制措施，居民用煤的排放在一些地区可能远远超过电厂。据测算，在冬季采暖季节，北京居民如不使用燃煤等固体燃料，北京大气重污染期间PM_2.5将下降20%；如果北京、天津、河北居民同时都不使用燃煤等固体燃料，北京大气重污染期间PM_2.5将下降40%。（2016年6月27日《美国国家科学院院刊》PNAS：Air pollutant emissions from Chinese households: A major and underappreciated ambient pollution source）。因此，与其花大力气控制降低电厂的用煤，在现阶段不如首先降低居民燃煤的污染排放；这样做使管理更有效、成本更低、也更易实现能源的替代。朱彤课题组的研究成果对去年政府在居民燃煤燃烧使用过程中的控制办法出台起到了一定的建议作用。

　　环境科学研究的目标和特点

　　环境科学研究大致分三个方面：（1）环境污染为什么会产生？（2）环境污染由什么工程技术来解决？通常是什么技术？（3）如何让整个污染行业企业采纳环境污染控制技术？第（3）方面涉及环境管理，政府通过政策法规等限制污染的排放，必然会要求这些企业对污染进行控制。上述三点简单来说即：研究污染的产生原因，治理技术，并配套一系列政府社会管理的法律法规。

　　北京大学环境科学与工程学院学科的设置也体现了上述三个方面：环境科学系研究为什么会产生环境污染；环境工程系研究污染的治理技术；环境管理系研究环境方面的法律法规。“我们目前还在开展最新的一个方向，即环境健康研究，研究环境污染对人体健康产生多少危害，并寻找可能的干预措施。对个人而言，戴口罩、室内安装空气净化器、室外污染时更多地呆在室内，都是有效的干预措施；对社会而言更大的方面是有效控制和降低污染。”

　　传统的环境科学研究是“对症下药”：环境被破坏了，研究者们寻找产生问题的原因和污染控制技术。在当前大环境下的控制技术和措施包括：尽量合理利用资源和减少废物排放，把城市规划得更有效，减少交通引起的污染排放，提倡公交系统，鼓励大家步行、骑行。研究进展到下一步是“防患未然”：避免污染的产生。

　　谈到和其它学科最大的不同，朱彤表示：首先，环境科学研究是针对现实问题来寻求解决办法。很多学科发展的动力来自于学者的好奇心，它同现实社会的应用不会马上挂钩；但环境问题同现实的每个问题都能挂上钩。其次，它是一个交叉学科，针对产生的问题，不是头痛医头脚痛医脚，而是开展方方面面的研究，力争从根本上解决问题。比如对于居民煤改气，问题并不是改成天然气那么简单，需考虑：天然气从哪儿来？天然气贵不贵？够不够用？市场供给量，能源的需求，政府的补贴，以及改用天然气对居民生活习惯的影响等各种问题。而天然气管路的铺设、能耗，煤改气牵涉的各个问题更需要逐个协调解决。所以环境科学是针对解决现实问题的研究，并和多学科交叉。

　　有人说环境科学研究有时和当前的经济发展唱反调，朱彤表示：这种说法并不科学。经济发展尤其是粗放型的发展会带来污染，解决污染问题可对经济行为进行约束，这些针对粗放型、高污染排放型经济的约束条件可令产业技术换代升级，降低能耗提高效率。所以长远来看，环境研究对降低污染、促进产业和质量升级是非常好的驱动因素。

　　环境科学研究者的素质

　　作为一个环境科学研究者应具有何种素质？朱彤认为：首先，要关注社会并具有很强的社会责任感，通过自己的研究解决社会的环境问题，而不是闭门造车。其次，在寻找解决办法的时候，需有交叉研究的能力，以及同他人的合作能力。

多方面达成共识，实事求是

　　正因为环境研究影响国家政策，环境科学家给出的一些“药方”可能是有争议或偏颇的；科学家之间的观点可能亦有不同。比如：新能源汽车到底是对环境友好还是加大了二氧化碳的排放，“湿法脱硫”是否加剧了雾霾。针对这些问题，笔者请教了朱彤教授。他谈到几点，可能对我们大家很有帮助。

　　首先，刚才谈到希望环境科学家能有社会责任感和多学科的交叉能力正是为了避免上述可能的偏颇。解决环境问题不是“一招鲜”，很多问题需要社会科学、自然科学、管理科学的联合才能够给出一个解决方案。对同样一个问题产生的原因，在基础研究中也常有很多不同观点。科学家观点不同可以有争论，争论后可在一些共同的方面达成共识；在达成共识的基础上再采取行动，就不会产生太大的问题。如果有的问题不能达成共识，则需要小心判断是否有必要在现阶段在全社会去推广和应用。科学家作为一个学术团体，需在达成共识的方面大力推动；在争议时根据争议程度来小心判断。

　　其次，社会需要好的机制，使科学家能够讨论。当前中国学术讨论气氛越来越好，允许讨论很多有争议的不同观点。而比较令人担心的是，部分媒体炒作少数科学家的个人观点而可能对决策者产生误导，而决策者本身没有这个意识，最后可能会带来错误的后果。“我希望有相应的社会机制来避免上述情况，比如针对一个问题发起20-30位更多科学家的讨论，最后得出一些共识。如果某位科学家的观点在某些特定条件下成立而不是普适性的，社会在推广时就要讲清楚这些特定条件。”

　　新能源汽车到底是对环境友好还是加大了二氧化碳的排放？对这个问题可以用生命周期循环分析LCA来分析，可能会得出电动汽车会加大二氧化碳排放的结论，那我们是否就不要推行电动汽车了？实际上，在城市里电动汽车对空气污染改善的空间最大。这时我们就需要权衡：当前是要保护空气质量还是保护气候变化。很显然，对生活在城市中的人来说，保障身体健康、降低空气污染是主要的。这就涉及决策层的考虑，要想清楚衡量的指标标准是什么，到底要保护什么。在发展中国家，大家更加关注空气污染对人体健康的影响，所以我国电动汽车发展得更快；而在发达国家，他们更多可能考虑二氧化碳排放增加对气候变化的影响。进一步考虑二氧化碳排放增加的原因，可能是生产和使用电动车所需要的能源主要来自燃煤发电厂，而如果改用太阳能、潮汐能等清洁能源，就能取得降低空气污染和减缓气候变化的双赢效果。所以，大家要针对当前面临的主要问题来讨论，而不是坚持一方观点来证明。

　　控制PM_2.5排放时据说有些“湿法脱硫”工艺还加剧了空气污染，这个简单的结论缺乏依据。很多时候，提出的人说“含有”这种物质，但并没有“量”的概念。烟囱排放含有一定浓度的颗粒物，可以把烟囱排放颗粒物的量和实际大气中PM_2.5的量相比，比如与方圆几百平方千米、边界层为1千米的空间里的PM_2.5的量相比，就可以知道“湿法脱硫”工艺在多大程度上加剧了空气污染。这种“量”的概念非常重要。科学家们应该把具体的数据放在宏观层面上讨论，要实事求是来解决问题。

未来环境科学学术上有哪些值得探索的领域

　　“我觉得太多了，”朱彤表示。现在的环境问题还是紧迫的破坏性修复，未来环境科学研究将更关注：如何让人们生活在最理想的环境中，不产生污染或者产生很少的污染，同时能提供很舒适的环境、足够的资源，让人们具有较高的生活质量水平。未来的环境科学将研究，通过人类技术的发展，首先是最高效使用资源、降低资源消耗；其次，未来社会中社会变化对环境将产生很大的变化，研究要探索运用大数据、人工智能、各种传感器技术，帮助人们调控和环境之间的关系。通过大量使用的传感器能知道已发生的事情，通过大型模型则可模拟这些环境在人们行为过程中产生的变化，从而寻找到最佳的解决办法，能够从虚拟空间感受到不同环境对人们产生的影响。

　　还有很多和生命科学相关的研究课题，比如朱彤课题组在环境对人体健康影响方面已开展了很多研究。许多疾病是遗传和环境相互作用的结果，将环境暴露组学和其它组学（如代谢组学、蛋白质组学）结合起来研究，就有可能了解每一个人对环境影响的易感程度。比如暴露在同样的空气污染，每个人受到影响的程度可能会有很大的不同。未来可以用技术计算，同样PM_2.5是100微克/立方米，这个人出去没事儿，另外一个人的耐受只有50微克/立方米就得待在家里。

　　“有很多很多可以探索的空间，目前科学技术的发展很令人兴奋。”朱彤说到此神采飞扬。

环境和我们每个人息息相关

　　环境和工业污染排放控制有关，和老百姓的衣食住行也有关，比如：汽车排放、冬季采暖、做饭油烟排放等。在这些领域，如果让大家原来的生活“不舒服”了，可能会难以被公众接受。针对这些和每个人息息相关的问题，我们也请教了朱彤教授。

　　汽车排放是很典型的例子，现在大家都能理解汽车依据尾号限行的制度。而以前推广该方式时，我们需说明汽车排放是否对北京的大气污染贡献很大，目前已有很多研究证据表明：北京大气污染中汽车排放影响占比20-30%，已是一个很重要的来源。更深入的研究表明：如果再考虑大气中化学反应生成的二次污染，那占比就远不止20-30%。所以如果民众更多了解这些研究结果，可能会更愿意支持汽车尾气排放的相关政策。

　　朱彤表示：要想被更多民众接受并没有什么高招；针对客观存在的问题，用详实的科学研究作为基础，再有好的手段进行科普，就能被民众接受。

　　比如冬季采暖，北方农村在家里面烧炕看似很舒服，实际上烟直接排放在村庄里导致乌烟瘴气，村民就是最直接的污染受害者。同理在家里烧煤，煤炉的排放对室内空气质量的影响也很大。所以农村冬季用燃煤等固体燃料采暖的最大受害者是农村居民；郊区农村煤改气对北京城市空气有改善，其实对当地村民的空气质量改善最大，但如果不进行很好的科普，民众就会不满意。有些地方政府甚至采取比较极端的做法如禁止卖煤，在很冷的山窝里大家若买不到煤当然会抱怨，因为地方政府在发布禁令的同时没有替代的办法。还有推行煤改气但炉子坏了供气不足，民众也会抱怨。科学研究和解决办法本身没有问题，但当政府执行政策时可能会出现一些问题，引起百姓的反弹和不满意，这仅是针对具体做法的不满。

　　笔者还追问一个问题：某汽车公司之前曾给出一个汽车排放的数值，很多数值远远低于标准限量，以此证明汽车排放对城市污染的影响很小。朱彤表示，这种证明很不科学。在汽车尾气测量出的是一次颗粒物，即使通过催化剂降低了一次污染物的排放，尾气中残留的挥发性有机物VOCs、氮氧化物NO_X等在空气中反应会生成硝酸盐、有机物等二次颗粒物，对PM_2.5有非常大的贡献。

如何面对网络上环境问题的各种言论

　　现在网络发达，一旦有不好的信息很容易在网络上疯传，导致人心惶惶。那么我们应如何在复杂的环境论调中明辨是非？针对此问题，朱彤表示：

　　对于我们每个人来说，看到一件事情，大家不要盲目相信。我们常对父母一代说：那些养生之道都是骗人的；但我们自己接收到的一些信息不可避免也是类似的。有个成语叫做“兼听则明”，看到某个观点首先我们应该思考，是否有其他人的观点是不一样的。其次要建立个人的科学素养，这样就会有一定的质疑和逻辑的判断，遇到问题总能查询一些别的声音、别的信息来帮助自己判断。所以我们要有科学素养、明辨是非，并有一定质疑的精神。如果我们的公众有这样的能力，那一些不好的虚假信息就不会有这么大的市场。

　　当然在现代社会中情况没有那么理想，一方面，有人唯恐天下不乱制造很多谣言；另一方面，很多人心里觉得不知道该信谁，看到某个信息认为有总比没有好，就选择相信它；第三方面，我们政府的公信力和学者的公信力目前不是非常高。政府公信力需要政府去努力树立，学者公信力不佳不只来源于学者也来源于社会。比如一旦有什么问题，媒体记者就总是采访一个专家，而不管这个专家是不是该领域的。专家本身如果不负责任什么领域都冒充是专家，最终他就会变成一个砖头。媒体在传播中亦缺乏严谨、客观的态度去报道事实，只要拿到某个专家的背书就去宣传，带来了很多很不好的影响，所以媒体在很多传播过程中也参与破坏了一些专家和学者的公信力。

北大120周年时再谈科学精神

　　北大的精神是崇尚创新、民主、思想自由、兼容并包，在北大120年校庆时怎么理解科学家精神？朱彤表示：科学家精神和北大精神是非常好的契合。首先科学家一定要勇于创新，挑战别人已有的固定思维方式，不断开拓新的领域。科学家也必须要民主、要兼容并包，必须能不分地位高低地听取不同观点不同意见，只要是合理的就可以接受，兼容吸纳别人从不同角度提出的观点，这样的科学家精神才能更加全面。当然只有思想自由，才能体现出创新、民主和兼容并包。因此科学家精神和北大精神是完全契合的。

　　作为北大人，朱彤表示希望北大要继续坚持一贯的传统：第一要勇于探索，第二要具有很高的社会责任感。北大传统落实到环境领域也有非常好的体现：环境科学研究者强调社会责任感来解决问题；并要勇于探索寻找新的解决思维。希望在北大未来的发展过程中，我们大家都能够努力体现勇于探索的精神，并建立很强的社会责任感。

　　采访人简介

　　朱彤，北京大学环境科学与工程学院长江特聘教授、院长，曾获国家杰出青年基金资助，曾兼任北京大学环境与健康研究中心主任（2007-2018）、普林斯顿大学Global Scholar（2012-2015）。

　　主要研究领域为超大城市空气污染、大气化学反应动力学、环境与健康、青藏高原-极地-海洋大气化学。主持了二十余项国家、省部级和国际合作项目，包括国家自然基金委重大项目“大气二次污染形成的化学过程及其健康影响”、国家自然基金委创新群体“区域与全球大气化学过程及环境效应”。现任国家自然基金委重大研究计划“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”专家组组长。在Science、PNAS、The Lancet、JAMA、Nano Letter、EHP、EST、GRL、JGR、ACP等刊物发表SCI论文250余篇。作为第一完成人获国家环保部环境保护科学技术一等奖、高等学校科技进步一等奖、高等学校自然科学奖一等奖各一项。

　　曾任国际大气化学与全球污染委员会（CACGP）委员(2002-2010)、JGR-Atmos.的Associate Editor、全球大气化学国际计划(IGAC)科学指导委员会共同主席，现任Monsoon Asia Integrated Research for Sustainability (MAIRS)科学指导委员会委员、 Environmental Health Perspective Associate Editor。

　　他的研究发现NO₂与矿物颗粒表面生成的硝酸盐可极大地改变颗粒物的吸水性，影响颗粒物的健康、气候效应；揭示了珠峰地区冰川风对大气臭氧的贡献，提出青藏高原是全球低层大气强氧化区、冰川光化学是氮氧化物的重要来源；在太湖和珠峰地区大气中首次观测到持久性有机污染物，发现三氯杀螨醇为大气滴滴涕的新源，为其控制使用提供了关键科学依据；由生物标志物证明大气污染导致心血管疾病和氧化性损伤，发现黑碳是影响儿童急性呼吸道炎症和系统性氧化损伤、老年心血管疾病的关键颗粒物组分、持久性有机物导致胎儿神经管畸形的证据。

　　发起和组织了华北区域大气环境综合观测国际合作实验CAREBEIJING，揭示了北京及华北空气污染形成机制，成果在JGR-Atmos.和Atmos. Chem. Phys.上以专刊发表，进而带领北大团队提出《奥运会北京空气质量保障方案北京周边省区市措施》，得到国务院批准采纳，在华北六省市实施，为保障北京奥运空气质量做出了贡献。作为负责人组织了一批国际学者编写完成了世界气象组织(WMO)/全球大气化学国际计划(IGAC)联合报告“超大城市对空气污染和气候变化的影响”。