“追因溯源”助力大氣污染防治
——記中國科學院大氣物理研究所副研究員劉子銳

崔 芳

劉子銳

3月15日，早上7時，當不少人還安靜地沉浸在睡夢中時，一條《沙塵暴預警升級：北方12省市出現大范圍黃沙》的消息在各大網站迅速傳播，相關預警消息也接連出現在很多人的手機里，希望第一時間引起人們的重視。

中國科學院大氣物理研究所的科研工作者是繼北京市氣象局之后，最早關注這一消息的群體。對他們來說，這一天是個忙碌的日子，因為實時記錄溫度、濕度、氣壓等大氣參數對他們后續的實驗將十分重要，他們不能錯過這個機會。

8時之后，空氣質量繼續惡化，北京大部分地區的天空像開了“昏黃”的濾鏡一樣，臟兮兮的，能見度也從2公里下降到小于1000米。當一部分人出門上班時，外套、頭上，全被蒙上一層細細的黃沙。不少人感嘆，這種世界末日般的氣象，已經好多年沒見到過了。

一直在中國科學院大氣物理研究所忙碌的研究員們，是助力重霾污染預警和防控的環境保衛者。此前很長一段時間，他們就像研究對象空氣一樣，存在，但不顯山不露水。直到一場起源于蒙古國的黃沙，掀起了他們的面紗，也將他們置于聚光燈下。黃沙過后，人群散去，但作為大氣污染研究的主力軍，中國科學院大氣物理研究所副研究員劉子銳和他所在的團隊，還將在環境長征路上繼續前行。

心系大氣環境

翻開國家環境保護總局2001年發布的《中國環境狀況公報》，水環境保護赫然排在最前列，彼時，保護水資源是大多數人對于環境保護的全部理解。那一年，劉子銳對環境科學的認識也沒有多少，但他隱隱地覺察到，環境保護會是未來的新興行業，于是，在高考志愿專業申報的那一欄中，他寫下了環境科學。

碩士期間，劉子銳開展溫室氣體研究，2008年，劉子銳碩士畢業，跟隨中國科學院大氣物理研究所王躍思研究員從事大氣物理與大氣環境研究。彼時，正處于北京奧運前夕，西方國家借環保不力對中國施加政治壓力。為了辦好這一國際盛事，劉子銳還未來得及好好迎接博士生涯，便披上鎧甲，真刀真槍地跟隨導師和國內諸多單位聯合參與到奧運空氣質量保障項目中。在他們的努力下，中國最終實現了自己的承諾：在北京奧運會期間，北京市的空氣質量不僅天天達標，而且有10天還達到了一級，劉子銳所在研究團隊也因此獲得“北京市奧運先進集體”榮譽。

這次工作經歷讓劉子銳受益匪淺，此后，在很多重要任務上，勤奮和細心，讓他總是可以先人一步。2010年，劉子銳開發了基于環境顆粒物檢測儀的旁路采樣系統（ACCU），這個系統最終應用在了中國科學院戰略性先導專項“碳專項”啟動的全國氣溶膠化學組分地面聯網觀測（CARE-China觀測網）；2011年，劉子銳開始在CARE-China觀測網上監測PM2.5的濃度，率先從國家尺度上揭示了PM2.5及其化學組分的空間分布特征，為后續相關工作的開展奠定了重要基礎；2013年元月，重霾中高濃度硫酸鹽的形成讓研究者困惑，劉子銳所在團隊設計實驗，基于觀測數據提出有別于傳統氧化途徑的硫酸鹽生成新機制，并在后續重大霧霾事件出現時，第一時間采樣獲取實時數據，與國內外團隊合作，驗證了高濃度硫酸鹽并非全部來自無機鹽，有機硫酸鹽亦有“重要貢獻”，回應了行業困惑。

受家庭教育和研究生導師影響，劉子銳對科研道路十分執著。他說：“雖然我不知道自己究竟能對環境做出多大貢獻，但我知道，我一定會在環境研究的道路上一直前行。”長久的打算讓劉子銳變得堅韌、穩重，也讓他的科研成果越來越出色。

專于機理研究

從環保角度看，中國當前大氣環境問題的主要特點是污染來源復雜、影響范圍廣。作為長期活躍在大氣污染研究領域的一線科研人員，劉子銳主要遵循“認識污染物+治理污染物”兩步走研究思路，來應對當前嚴峻的環境問題。

之所以要分兩步走，是因為隨著對污染物的深入研究，科學家發現，厘清污染物來源及二次生成機制，是解決當前污染物治理瓶頸的關鍵。早期，污染物的治理措施相對簡單——減排，只要排放減少了，PM2.5就下降了。但是，從最近的研究來看，北京的污染物治理正面臨拐點，空氣質量持續改善的壓力不斷增加。劉子銳解釋說：“原來我們排放10克的氣體，可能產生5克的顆粒物，但現在排放5克的氣體，空氣中就可能產生5克的顆粒物，污染氣體的轉化能力增強，這讓環境保護的問題變得更加復雜。”

最開始引起劉子銳關注的是二次顆粒物。什么是二次顆粒物？科學家發現，大氣中某些污染氣體之間，或污染氣體與氣溶膠顆粒之間，會發生多相化學反應而產生顆粒物，這就是二次顆粒物。二次顆粒物比一次顆粒物更加棘手。目前，劉子銳正著手研究二次顆粒物形成所需的條件，試圖通過厘清一次排放的源頭和二次生成的途徑，找到有效減少大氣顆粒物濃度的方法。

其中，與氣粒轉化有關的新粒子成核機理是劉子銳近期關注的重點。對于新粒子的來源，科學家之間仍有很多爭議。有人認為，新粒子是氣態污染物轉化的二次顆粒，還有人認為，新粒子是機動車排放的一次污染物，為了確定新粒子來源，劉子銳借助325m氣象鐵塔，對城市不同梯度的污染物進行監測。目前，通過研究初步清楚了新粒子成核的誘因及其化學增長機制。

環境治理牽一發而動全身。雖然顆粒物的下降，會帶來空氣質量的提升，但按下葫蘆又起瓢，近年來，科學家通過研究發現，細顆粒物PM2.5濃度的下降，會減少氣溶膠對HO2自由基的非均相攝取，進而加劇地表臭氧的污染。因此，理清PM2.5和臭氧協同污染的關聯，成為劉子銳案前的又一重點研究工作。

著眼世界前沿

環境保護問題從來不能一勞永逸，環境治理工作也從來不是一國之事，在全球大氣環境污染治理日益嚴峻的今天，全世界環境科學研究者應該聯起手來，合作共贏。從研十余載，劉子銳不僅是這樣想的，也一直是這樣做的。

在氣溶膠化學組分觀測和來源解析方面，劉子銳的研究成果為國外研究者提供了不小的助力。其中，清華大學、哈佛大學等國內外二十余家研究機構將PM2.5成分網的觀測數據集，應用于數值模式結果驗證以及細顆粒物健康風險評估的區域模式模擬；德國于利希研究中心Andreas Wahner教授，也將PM2.5成分網的觀測數據集用于其正在編寫的關于全球氣溶膠組分研究進展的IPCC報告。

此外，在氣溶膠“爆發增長”物理化學機制及致霾機理研究方面，重霾過程硫酸鹽的非均相生成—即氣溶膠水相中NO2催化SO2轉化的機制在國內外的煙霧箱實驗中也得到大幅應用。如英國皇家學會會士Roy M. Harrison教授團隊引用關于硫酸鹽形成機制的研究成果，作為分析北京地區硫酸鹽季節變化的直接證據；美國工程院院士、加州理工學院Michael R Hoffmann教授團隊引用研究結果作為其開展硫酸鹽非均相生成煙霧箱實驗的外場環境條件。作為中國的環境研究工作者，劉子銳在國際環境協同治理中毫無保留地貢獻了自己所有的力量。

當然，國外的研究思路也給了劉子銳新的科研啟發。在國際著名大氣化學家、德州農工大學張人一教授的講座中，劉子銳看到了國內外空氣治理的差異。他總結說：“從國內來看，我們的主要工作是解決過去和現在的污染，但國外現階段比較重視環境治理與氣候變化的問題。為什么呢？以大氣中新粒子的成核研究為例，目前雖然和大氣污染沒有直接關系，但是它會影響太陽輻射能量平衡和成云過程，直接和間接影響氣候變化。所以未來，我們的研究不僅要著眼于現階段的污染物治理，還要著眼于未來與大氣污染治理相關的氣候變化問題。”

為了引進新思想，劉子銳決定前往國外取經。在將國外的機理模式應用于中國的同時，也將國內外的研究相結合，解決國內外大氣環境污染的共性問題。從研究生階段的溫室氣體研究，到博士期間聚焦國內空氣污染的大氣顆粒物研究，再到如今放眼世界的大氣化學研究，大氣在循環，劉子銳的工作也在國內外研究中循環。

3月15日，中國科學院大氣物理研究所325米的鐵塔記錄完重霾數據后，于第二天又露出了清晰的輪廓。鐵塔下，熙熙攘攘的上班族也恢復了往日的狀態，此時，只有研究所的劉子銳等科研工作者們還一直忙碌著，并且，他們會為了外面的人能享受優良的空氣質量而一直忙碌著。