從霧霾籠罩到藍(lán)天白云，中國(guó)大氣污染治理的成功離不開科學(xué)的力量。美國(guó)彭博社曾評(píng)價(jià)：“中國(guó)7年的空氣污染治理相當(dāng)于美國(guó)30年治理的成果。”
面對(duì)空氣污染治理、氣候變化應(yīng)對(duì)等事關(guān)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大環(huán)境挑戰(zhàn)，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱自然科學(xué)基金委）組織專家進(jìn)行了深入討論，并于2015年啟動(dòng)國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“中國(guó)大氣復(fù)合污染的成因與應(yīng)對(duì)機(jī)制的基礎(chǔ)研究”（以下簡(jiǎn)稱重大研究計(jì)劃）。2024年底，重大研究計(jì)劃已完成評(píng)估并獲得了全優(yōu)的評(píng)價(jià)。
近期，在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)，作為重大研究計(jì)劃指導(dǎo)專家組組長(zhǎng)，中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授朱彤感到欣慰：“重大研究計(jì)劃顯著提升了我國(guó)大氣污染研究領(lǐng)域的科研實(shí)力，并將前沿探索與國(guó)家需求無縫對(duì)接，為我國(guó)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。”
朱彤（左五）與科研人員在超大載荷浮空器探測(cè)平臺(tái)工作現(xiàn)場(chǎng)留影。研究團(tuán)隊(duì)供圖
從概念到框架
20世紀(jì)末，我國(guó)大城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量激增，許多車輛缺乏有效排放控制，行駛時(shí)“看得見黑煙、聞得到氣味”。同時(shí)，冬季取暖用煤也加劇了空氣污染問題。
身在北京的中國(guó)工程院院士唐孝炎深感憂慮。基于對(duì)英國(guó)倫敦和美國(guó)洛杉磯大氣污染案例的研究，她意識(shí)到北京可能同時(shí)遭受燃煤型煙霧和光化學(xué)煙霧的雙重污染。
1997年，唐孝炎在國(guó)際上率先提出“大氣復(fù)合污染物”概念。在她的引領(lǐng)下，國(guó)內(nèi)學(xué)者不斷深化這一概念、豐富其內(nèi)涵，讓其在近20年后依然具有鮮活的生命力，成為重大研究計(jì)劃在科學(xué)上的理論起點(diǎn)。
朱彤指出，大氣復(fù)合污染中的細(xì)顆粒物不僅來自直接排放，更通過與其他氣態(tài)污染物反應(yīng)生成二次污染，涉及復(fù)雜的自由基化學(xué)過程。這類污染還隨大氣輸送在區(qū)域尺度上擴(kuò)散累積，多種物質(zhì)相互作用、動(dòng)態(tài)演變，呈現(xiàn)出復(fù)雜的物理化學(xué)特征。
基于這一認(rèn)識(shí)，大氣復(fù)合污染的研究初步形成了概念模型。
2012年至2013年間，我國(guó)經(jīng)歷了大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、高濃度的大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）灰霾污染事件，其所帶來的健康和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受到全社會(huì)的高度關(guān)注。我國(guó)迅速采取一系列措施，包括首次將PM2.5納入環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、啟動(dòng)“中國(guó)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱“大氣十條”）等。
“學(xué)術(shù)界有一個(gè)很強(qiáng)烈的感受，大氣污染治理絕非易事，其背后涉及諸多科學(xué)問題需要深入探討和研究，迫切需要深入的科學(xué)研究提供支撐。”朱彤介紹。
在這樣的背景下，2014年1月，自然科學(xué)基金委召開了由8個(gè)學(xué)部聯(lián)合舉辦的雙清論壇。朱彤受邀召集專家、組織會(huì)議。重大研究計(jì)劃正是從那次論壇中醞釀而生。
隨后，經(jīng)過多輪科學(xué)凝練，重大研究計(jì)劃于2015年正式啟動(dòng)。指導(dǎo)專家組認(rèn)為，研究將圍繞大氣復(fù)合污染的前沿科學(xué)問題，目標(biāo)是構(gòu)建系統(tǒng)性的“大氣復(fù)合污染理論框架”，提出控制我國(guó)大氣復(fù)合污染的創(chuàng)新性思路。
值得稱道的是，唐孝炎始終高度關(guān)注并參與重大研究計(jì)劃，初期深入?yún)⑴c研討與設(shè)計(jì)，后期雖年事已高，仍以不同方式持續(xù)關(guān)心和支持，并作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)了重大研究計(jì)劃創(chuàng)新性設(shè)立的一個(gè)科普項(xiàng)目。今年6月，在重大研究計(jì)劃完成評(píng)估半年后，93歲的唐孝炎逝世。回憶恩師，朱彤難以忘懷：“她曾在不同場(chǎng)合為我們‘點(diǎn)贊’，給予我們極大鼓勵(lì)。”
前沿探索的中國(guó)“主場(chǎng)”
重大研究計(jì)劃的三大核心科學(xué)問題為：大氣復(fù)合污染的來源識(shí)別技術(shù)原理與應(yīng)對(duì)機(jī)制、大氣復(fù)合污染生成的關(guān)鍵化學(xué)過程以及大氣物理過程與大氣復(fù)合污染的生成。為此，全國(guó)30多家單位、1000余名科研人員開展了聯(lián)合攻關(guān)。
在面向該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿方面，過去圍繞概念模型的討論主要關(guān)注由化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)合污染體系，新構(gòu)建的理論框架則首次將大氣物理過程與化學(xué)過程的相互作用納入其中、有機(jī)融合，形成了完整、系統(tǒng)的理論框架。
“這在此前的研究中是從來沒有的。”朱彤倍感自豪。這一理論框架重塑人們對(duì)大氣復(fù)合污染的認(rèn)知范式，深刻地體現(xiàn)了基礎(chǔ)研究在推動(dòng)科學(xué)思想變革中的關(guān)鍵作用。
在理論框架創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，重大研究計(jì)劃在研究手段和方法上也進(jìn)行了大膽突破——針對(duì)研究數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、難以獲得等問題，建立了向全球開放的“中國(guó)大氣復(fù)合污染綜合數(shù)據(jù)共享平臺(tái)”，其規(guī)模之大、種類之全前所未有，增強(qiáng)了科學(xué)研究的透明度；針對(duì)我國(guó)該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的模型“孤島”問題，構(gòu)建了中國(guó)首個(gè)開源共享模式“排放與大氣過程集成耦合通用模式EPICC”，從源代碼起全面開放，推動(dòng)了該領(lǐng)域的科研范式從“小作坊式”向開放協(xié)同轉(zhuǎn)變；針對(duì)大氣垂直觀測(cè)對(duì)先進(jìn)且復(fù)雜的高精尖儀器的迫切需求，研發(fā)了“系留型超大載荷浮空器探測(cè)平臺(tái)”，可將數(shù)百公斤甚至一噸的大型、先進(jìn)儀器送入高空，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同高度大氣成分的實(shí)時(shí)、連續(xù)、精準(zhǔn)測(cè)量。
同時(shí)，邊界層物理與化學(xué)過程相互作用、自由基化學(xué)等前沿領(lǐng)域的一系列新概念、新機(jī)制和新發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，許多突破性進(jìn)展源于中國(guó)的觀測(cè)與研究，由中國(guó)科學(xué)家率先提出。
“一系列創(chuàng)新成果讓我國(guó)在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究‘如虎添翼’，實(shí)現(xiàn)了從‘跟跑’到‘領(lǐng)跑’的跨越式發(fā)展。”朱彤指出。
從論文數(shù)量來看，過去10年間，中國(guó)科學(xué)家發(fā)表的大氣污染相關(guān)研究論文呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在此之前，中國(guó)學(xué)者為主或參與發(fā)表的論文占全球比例不足10%，如今已超過40%。
“你會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論在哪個(gè)國(guó)家舉辦的國(guó)際大氣環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會(huì)議，幾乎都是中國(guó)的‘主場(chǎng)’。”朱彤說，“中國(guó)科學(xué)家作報(bào)告的人數(shù)也常常接近一半。”
與國(guó)家需求無縫對(duì)接
在重大研究計(jì)劃實(shí)施中，前沿探索與國(guó)家需求實(shí)現(xiàn)了無縫銜接。
多項(xiàng)關(guān)鍵政策建議被國(guó)家及時(shí)采納并產(chǎn)生重大影響。其中，朱彤團(tuán)隊(duì)關(guān)于“分區(qū)域精確制定氨減排計(jì)劃”的研究論文在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》發(fā)表后，提出的相關(guān)建議得到黨中央高度重視，推動(dòng)相關(guān)部門將氨減排納入“十四五”規(guī)劃。
另一項(xiàng)重要成果聚焦港口城市的船舶排放。在我國(guó)大氣污染治理初期重點(diǎn)關(guān)注機(jī)動(dòng)車、燃煤電廠及工業(yè)排放源時(shí)，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授劉歡團(tuán)隊(duì)前瞻性地意識(shí)到船舶排放對(duì)沿海城市空氣質(zhì)量可能帶來的顯著影響。他們通過先進(jìn)方法構(gòu)建的高精度船舶排放源清單，首次系統(tǒng)揭示了船舶污染的時(shí)空分布特征及其在區(qū)域污染中的貢獻(xiàn)，其研究成果和政策建議被交通管理部門采納。
在指導(dǎo)專家組看來，這在很大程度上得益于“邊產(chǎn)出、邊應(yīng)用、邊反饋、邊完善”的科研工作模式，通過關(guān)鍵會(huì)議、媒體報(bào)道、信息報(bào)送等方式實(shí)現(xiàn)了科研與決策之間的良性互動(dòng)，推動(dòng)科研成果快速轉(zhuǎn)化為治理實(shí)踐。
專家們還看到，公眾對(duì)霧霾的廣泛關(guān)切甚至焦慮已經(jīng)成為重要的社會(huì)議題，成為國(guó)家發(fā)展進(jìn)程中必須回應(yīng)的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
“以‘科普’的方式能夠讓社會(huì)公眾相信，科學(xué)研究可以解釋他們關(guān)心的問題，更能為治理提供堅(jiān)實(shí)支撐。這種雙向溝通滿足了公眾強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)意愿，會(huì)顯著提升傳播效果。”朱彤表示。
為此，重大研究計(jì)劃一開始就設(shè)立“培育項(xiàng)目”支持科普項(xiàng)目，由唐孝炎牽頭實(shí)施。在專家們看來，她對(duì)大氣污染領(lǐng)域有著全面而深刻的理解，是一位極具魅力的演講者和優(yōu)秀的教師，擅長(zhǎng)將復(fù)雜的科學(xué)問題深入淺出地講清楚。她嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的態(tài)度也讓人深信，她能高質(zhì)量地完成這項(xiàng)工作。
唐孝炎為此付出大量心血，積極采用直播等新媒體形式，讓科普內(nèi)容更生動(dòng)、更貼近大眾。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，“培育項(xiàng)目”共產(chǎn)出8個(gè)專訪和62個(gè)科研成果視頻解讀，最終累計(jì)覆蓋受眾超千萬人次，產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的社會(huì)影響。
青年人才迅速成長(zhǎng)
在重大研究計(jì)劃的推進(jìn)過程中，一大批青年人才在科研實(shí)踐中迅速成長(zhǎng)，逐漸成為大氣環(huán)境研究領(lǐng)域的中堅(jiān)力量，成為藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的主力軍。例如，共有5位指導(dǎo)專家組成員當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士或中國(guó)工程院院士，超過40位青年骨干獲得國(guó)家各類重要項(xiàng)目支持，并培養(yǎng)了900多名博士、碩士研究生。
重大研究計(jì)劃構(gòu)建了以重點(diǎn)項(xiàng)目為核心的“項(xiàng)目群”模式，布局46個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。其中，30%的重點(diǎn)項(xiàng)目由40歲以下青年學(xué)者主持，他們?cè)诮鉀Q實(shí)際問題的過程中取得了突出成果，學(xué)術(shù)能力得到快速提升。
2016年，39歲的南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授丁愛軍獲得重點(diǎn)項(xiàng)目資助。他對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說：“在承擔(dān)這個(gè)項(xiàng)目的過程中，我逐漸形成了自己的特色研究方向，即聚焦空氣污染與氣象之間的雙向相互作用。”
2021年至2023年，丁愛軍進(jìn)一步獲得集成項(xiàng)目支持，旨在對(duì)中國(guó)東部的超大城市群開展大氣的立體探測(cè)。“這一大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)提升了我的組織協(xié)調(diào)能力，對(duì)我個(gè)人以及整個(gè)團(tuán)隊(duì)來說，都是非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。”他強(qiáng)調(diào)。
2024年，丁愛軍獲得由世界氣象組織、歐洲氣象學(xué)會(huì)等七家單位聯(lián)合頒發(fā)的“Zilitinkevich獎(jiǎng)”。這一獎(jiǎng)項(xiàng)是大氣科學(xué)和海洋科學(xué)中邊界層研究領(lǐng)域的權(quán)威獎(jiǎng)項(xiàng)，此前的獲獎(jiǎng)?wù)呔鶠樵擃I(lǐng)域內(nèi)資深且年齡較大的學(xué)者。
清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授張強(qiáng)也是其中之一。2017年，剛剛40歲的張強(qiáng)獲得關(guān)于中國(guó)大氣污染源排放清單的集成項(xiàng)目資助。“我深感幸運(yùn)，能將個(gè)人的科研興趣與專業(yè)所長(zhǎng)融入中國(guó)大氣污染治理這一波瀾壯闊的實(shí)踐之中。”張強(qiáng)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
與全國(guó)優(yōu)秀科研骨干開展“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”的協(xié)同攻關(guān)讓張強(qiáng)深有感觸。“不同領(lǐng)域的專家之間圍繞同一個(gè)科學(xué)問題深度交流與相互學(xué)習(xí)，是‘單打獨(dú)斗’式的科研難以企及的。”他說。
張強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以技術(shù)創(chuàng)新繪制出迄今國(guó)際上最完整、最詳細(xì)的中國(guó)大氣污染源排放清單，開發(fā)了全國(guó)公里級(jí)分辨率排放清單數(shù)據(jù)產(chǎn)品，成果直接應(yīng)用于國(guó)家清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃頂層設(shè)計(jì)、實(shí)施跟蹤與效果評(píng)估。
目前，張強(qiáng)活躍在國(guó)際學(xué)術(shù)舞臺(tái)上，擔(dān)任全球排放研究計(jì)劃科學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員和中國(guó)工作組聯(lián)合主席。“我們計(jì)劃向‘全球南方’國(guó)家分享基礎(chǔ)研究支撐決策的‘中國(guó)方案’，積極幫助其提升大氣污染治理能力。”他表示。
雖然重大研究計(jì)劃已經(jīng)結(jié)束，但指導(dǎo)專家組仍強(qiáng)調(diào)，研究成果要“留得下、用得著、傳得開”。面向未來，在持續(xù)改善空氣質(zhì)量的國(guó)家重大需求下，仍有諸多深層次科學(xué)問題尚待解決。對(duì)此，朱彤相信：“我們?cè)诜椒ā⑵脚_(tái)和數(shù)據(jù)方面的積累，將成為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的重要基礎(chǔ)。”
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