科学抗霾，任重道远：北京大学朱彤教授专访|NSR访谈

　　北京大学环境科学与工程学院院长、长江学者朱彤教授 1991 年毕业于德国伍珀塔尔大学（University of Wuppertal）并获得博士学位。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。

　　朱彤教授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大气污染的化学反应、环境污染的健康效应、超大城市和区域大气污染控制，以及地气交换和全球生物地球化学。

　　国家科学评论（National Science Review, NSR）近日就中国大气污染研究现状及其对空气污染控制的贡献等问题，与朱彤教授进行了交流。

　　朱彤，北京大学环境科学与工程学院教授（照片由受访者本人提供）

　　国家科学评论（以下简称 NSR）：大气污染研究日益受到重视，总理还说要“悬赏”科学家解决空气污染问题。您能总结一下这个领域主要的科研成就吗？

　　朱彤（以下简称朱）：有一种错误的观点认为我们仍然不清楚空气污染的成因。实际上各国科学家经过几十年的研究，已经对导致空气污染的关键因素，如排放源、化学反应和不利气象条件有了较为详尽的认识。

　　目前面临的主要挑战是，在严重的灰霾天气中，这些因素间复杂的相互作用和反馈导致了所谓的大气复合污染，使空气污染的预测和控制更加困难。为了应对这一挑战，国家自然科学基金资助了联合重大研究项目“中国大气复合污染的成因、健康影响与应对机制”，“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”是其中两个重大研究计划之一。一些其他资助机构如科技部、总理基金也正在资助针对空气污染的大型研究项目。

　　在这一领域我们取得了许多科研进展，很难简短地进行全面总结。尽管针对一些具体研究的结论仍存在争议，但是科学家已就以下几个方面达成共识。

　　首先，空气重污染事件与气候系统有关。全球气候变化可能导致华北地区冬季由北向南冷锋频率减少，没有北风的到来，这些地区的大气污染物会不断积累，很难消散。

　　其次，悬浮颗粒形成的气溶胶会增强空气污染。研究发现气溶胶颗粒与大气边界层的相互作用减少了地面热通量和边界层中的湍流，从而使边界层更加稳定，不利于大气污染物的扩散。这就是所谓的“穹顶效应”。例如黑碳（Black carbon , BC）颗粒在改变大气边界层的特征中起到了关键作用，从而加重了灰霾污染。

　　第三，污染物之间的化学反应比预期的要复杂。科学家们提出，气溶胶颗粒表面形成的新氧化剂和反应可能促进二次气溶胶的快速生成，但他们还需要通过外场观测、实验室研究和模型模拟找到一致的支持这一理论的证据。

　　另外，中国科学家在揭示大气中涉及羟基（OH）自由基的化学原理方面取得了重要进展。大气氧化是大气污染形成的最基本机制，OH 自由基是大气中最重要的氧化剂。北京大学的科学家通过与德国尤里希研究中心（Forschungszentrum Juelich，FZJ；在能源、环境、信息和大脑研究方面领先的一个欧洲研究中心）的研究人员合作，利用激光诱导荧光装置测量了中国大气中的OH自由基,发现了一种大气中OH自由基再生的新机制，进而还发现这一新机制适用于全球大气环境。

　　NSR：打断一下，这项装置是否已经在大气污染研究方面得到商业化和推广？我们知道，我国政府正鼓励科技人员自主研发装置。

　　朱：还没有。该装置是在较早版本的 FZJ 仪器的基础上开发出来的。正如前面所说，北京大学的科学家和 FZJ 一直在中国大气氧化的化学转化方面开展合作研究。

　　在研究过程中，修改调整了很多重要的参数，使该仪器在观察中国大气状况和收集相关数据时更适合、更准确。

　　这台装置目前还不适合商业化，它只适用于我们自己的研究，因此普及性不是很高，而且操作起来也很困难。

　　中国近几年进口了大量科研仪器设备。其中一个原因就是我们的科学研究发展很快，并且资金雄厚。每个研究人员都渴望获得更多新的观测数据，使用进口的先进仪器是最简单快捷的方法。

　　另一方面，仪器的设计和改进通常需要很长时间，自主研发的仪器可能会经历不可靠的阶段。更重要的是，科学家自身投入仪器研发的动力不够大。因为我们的教职评估和晋升体系主要是基于期刊论文，而不是仪器设备研发。

　　NSR：大气环境的研究成果，对政府的污染控制措施有什么贡献？

　　朱：在过去的几十年里，世界范围内科研人员的工作极大地促进了政府对空气污染控制政策的制定和实施。一个主要贡献就是查明大气中主要污染物的组成，另一个则是追查其主要来源。

　　基于排放源、化学反应和气象条件的研究成果，科学家们已经建立了从局部到区域等尺度的空气质量模型，用于模拟空气污染的形成过程，并能像天气预报一样预测空气污染。该模型还可用于大气污染控制情景分析，以便制定污染控制措施。事实上，中国政府现在实施的清洁空气行动计划主要就是以科学家的研究为基础制定的。　　

　　NSR：如您所说，科学家对京津冀地区的大气环境进行了大量的研究，以此来支持政府的污染控制措施。这些努力也取得了重大进展。PM2.5（直径小于 2.5 微米的颗粒污染物）浓度持续下降，蓝天天数增加。但这些似乎与普通人的感受相矛盾。许多人认为北京的雾霾自 2008 年奥运会以来变得更加严重，尤其是 2016 年冬天；而官方数据则显示 PM2.5 浓度下降，蓝天天数增多。此外，PM2.5 被认定为北京雾霾的罪魁祸首。但直到 2012 年，PM2.5 浓度才被广泛报道。雾霾加重是否与此前污染控制措施中对 PM2.5 的疏忽有关？

　　朱：自 2008 年奥运会以来北京雾霾变得更加严重的这种感觉是不客观的。公众的看法往往不能反映实际情况。官方根据污染物浓度日均值和年均值的数据来评估空气质量，自从 2013 年中央推出清洁空气行动计划以来，观测结果显示中国城市空气质量普遍有了明显改善。但是，如果公众经历了一些严重的污染日（尽管此前有蓝天的日子），就可能认为空气质量整体恶化。除此之外，天气条件也可能会造成一段时间内更密集的重污染天气出现，但这些不能否定大气环境的整体改善。

　　中国的科学家，比如北京大学的研究人员，早在上世纪就已开始研究 PM2.5，比世界卫生组织 2005 年将 PM2.5 纳入空气质量指导值还要早。虽然在 2013 之前没有全国 PM2.5 监测网络，但当时针对 PM10（直径小于 10 微米的颗粒污染物）的污染控制措施也能减少 PM2.5 的污染。

　　NSR：让我们从颗粒物污染回到大气污染。您如何看待不断增加的臭氧污染？中国是否已经建立了一个像控制硫酸盐和硝酸盐那样的严格系统来防止臭氧浓度上升？

　　朱：臭氧污染不是一个新的环境问题。地面臭氧和部分 PM2.5 成分是通过大气中的化学反应形成的，因此它们也被称为二次空气污染物。臭氧和 PM2.5 也是大气污染复合物中的两种主要污染物。中国科学家从 20 世纪 70 年代就开始研究臭氧污染，虽然后来的研究和污染控制都集中在更严重的颗粒物污染上，但这并不意味着臭氧污染被忽视了。一方面，通过控制挥发性有机物（volatile organic compounds , VOCs）和氮氧化物的排放，以防止颗粒物的形成，也有利于抑制臭氧的增加。而另一方面，当颗粒物污染得到更有效的控制后，空气能见度增加会增强太阳辐射，从而提高光化学反应的活性，导致臭氧浓度升高。但总的来说，控制一次污染物的排放也有利于控制臭氧和 PM2.5 的污染。

　　挥发性有机化合物是影响臭氧的主要因素之一。目前，与二氧化硫不同的是，国家对挥发性有机物的排放还没有制定总量控制。部分原因是挥发性有机物具有多种来源，如汽车油漆、汽车尾气、加油站、化工厂和石化企业等。在实施挥发性有机物排放的总量控制措施前，需要开展更多的研究，追踪挥发性有机物的各种来源并分析它们的影响。但是，即使没有总量控制，通过实施更严格的车辆排放或工业排放标准，同样可以控制挥发性有机物的排放。

　　NSR：空气污染关系到每个人，您认为大气污染研究的科学传播做得怎么样？

　　朱：我必须承认中国科学家这方面做的很不够。科学家们很忙，而媒体往往不能准确地传达科学家的观点。一些科学家一开始较热心在媒体上发声，但是当他们发现报道的内容与他们原来的表述大相径庭时，他们会在学术界同行面前感到非常尴尬，最终逐渐疏远了媒体。此外，许多科学家不知道如何简单清晰地解释污染形成背后的科学原因，因为这需要一定的沟通技巧。

　　但是科学传播是非常重要的，我们必须面对这项挑战。国家自然科学基金重大研究计划“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”为此资助了一个专门向公众宣传研究进展的科普项目。

　　该项目不仅鼓励研究者们向公众传播他们的研究发现，而且还在尝试扩大影响范围。在著名的大气环境化学家、中国工程院院士、北京大学教授唐孝炎的领导下，该项目还将涵盖许多媒体——比如北京电视台的一位制片人就参加了这个项目的实施。

　　此外，我们还将积极利用新媒体平台，同时也欢迎有广泛影响的自媒体记者加入，进一步扩大我们获得的科研成果的影响力。

　　大气污染的成因复杂，科学理论和方法的突破可为污染控制政策提供更加有效、可靠的科学依据，有关大气污染的科普工作，能够让公众了解大气污染成因，支持科学研究活动。希望我们能在各方支持下，将大气污染研究的科学传播做得更好。

　　本文英文原文 2017 年 11 月发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)，原标题为“ Using science to conquer haze:an interview with Tong Zhu ”。《国家科学评论》是科学出版社旗下期刊，与牛津大学出版社联合出版。“科研圈”获《国家科学评论》和牛津大学出版社授权刊发该文中文翻译。

　　如需阅读英文版，请点击以下链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwx144