并不“遙遠”的黑煙：探尋海岸帶大氣環(huán)境影響的成因
——記復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系教授張艷

李文博

一艘遠洋貨輪能裝多少東西？環(huán)保紀(jì)錄片“Sea Blind”《海盲》告訴我們，以全球最大的貨輪“奧斯卡”號為例，它可以容納19200個船運集裝箱。如果這些集裝箱內(nèi)裝滿跑鞋的話，一次可以運輸1.17億雙。由此不難發(fā)現(xiàn)，海上運輸因為運量大、成本低，早已成為國際貿(mào)易主要的運輸方式。

目前在全球范圍內(nèi)，80%以上的國際貨物通過海運完成，我國更是高達90%以上。我國水路貨物運輸量和港口吞吐量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一，世界上十大最繁忙的港口有7個在中國。

但在這些繁忙海運的背后，港口城市和海岸帶地區(qū)就成為船舶尾氣污染的重災(zāi)區(qū)。特別是海岸帶地區(qū)位于陸地與海洋交界處，涉及人為污染源多且復(fù)雜，影響大氣環(huán)境的成因也較為復(fù)雜。現(xiàn)有研究顯示，長三角、珠三角、環(huán)渤海和長江等沿海沿江地區(qū)，船舶港口排放已成為海岸帶大氣污染的重要來源之一。

張艷十多年來致力于研究船舶交通大氣污染，她希望通過控制船舶污染物的排放，提高港口城市和海岸帶地區(qū)的空氣質(zhì)量，將“舉目已是晴空碧，宜趁東風(fēng)揚帆起”的場景從夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。

張艷

夢開始的地方

張艷最初在南京氣象學(xué)院學(xué)的是氣象學(xué)，在她讀書的那個年代里，空氣污染還不是所有人關(guān)注的焦點，因此國內(nèi)還較少有人研究氣象與環(huán)境的關(guān)系。但是張艷卻有一種強烈的愿望，“氣象學(xué)比較偏重自然科學(xué)的研究，而我當(dāng)時的研究志向是想將自己所學(xué)的理論與社會發(fā)展聯(lián)系起來”。在這樣的感召下，張艷先是攻讀了南京大學(xué)大氣科學(xué)系的碩士研究生，然后又考取了復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系的博士，這樣多學(xué)科的背景，氣象與環(huán)境的結(jié)合，不僅讓張艷看待問題更加全面客觀，而且解決實際問題的手段也增多了。

來到復(fù)旦大學(xué)之后，張艷倏地感覺到了許多變化。“因為在南大大氣科學(xué)系時，我們偏重數(shù)值模型研究，而復(fù)旦則非常重視外場觀測，到真實的大氣環(huán)境中觀測大氣污染物濃度的變化，拿到第一手?jǐn)?shù)據(jù)。”她切實感受到了，只有第一手資料才能客觀、令人信服地說明問題。博士期間，張艷在上海洋山島住了兩個月，一日三餐都只能吃冰箱里儲存的食物，但是通過親身觀測，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)果，這樣巨大的成就感讓張艷體會到了科學(xué)的魅力。“我所學(xué)的知識、我做的研究，我可以在真實的大氣環(huán)境中看見它、感受它。”張艷說話時，仿佛還在回憶那段特別的經(jīng)歷。

張艷在博士畢業(yè)后順理成章地投身于空氣污染的研究中。她在博士期間特別關(guān)注空氣污染物傳輸?shù)胶Ｑ笊蠒Ｑ蟮纳鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生怎樣的影響。而上海日益發(fā)達的船舶業(yè)給了她新的科研啟發(fā)，她將目光投向了航運排放對空氣質(zhì)量的影響。

和課題組研究生合影

看得見的影響

船舶污染對空氣質(zhì)量的影響真的有那么大嗎？它離我們的生活那么遠，它的污染怎么可能會傳到陸地上來呢？這些疑問是張艷剛開始做航運排放對空氣質(zhì)量影響時，聽到最多的話，專家們一次又一次的質(zhì)疑，沒有讓張艷放棄，反而讓她越挫越勇。在張艷的測算中，2010年長三角區(qū)域及中國東部海域船舶排放的二氧化硫可達到38萬噸/年，在人為排放源中占到14%～15%，貢獻是比較大的。其排放的氮氧化物在人為排放源中的占比與二氧化硫差不多，但卻鮮有人提及。在張艷看來，不僅與船舶柴油尾氣朝夕相處的船員等面臨嚴(yán)重的健康危害，港口城市居民也是船舶污染的重要受害者。

“我2009年開始申請青年基金項目的時候，國內(nèi)還幾乎沒有基金項目做船舶大氣污染物研究的，我當(dāng)時覺得沒關(guān)系，一次不行就兩次，總會有行的時候。”在張艷的堅持下，2010年她申請到了自己科研生涯中第一個國家自然科學(xué)基金青年項目“航運排放對區(qū)域及城市空氣質(zhì)量的影響”，她的研究也由此拉開了序幕。

2011年，張艷和團隊以上海港為研究對象進行了外場觀測實驗，監(jiān)測物種包括二氧化硫、二氧化氮和臭氧這些痕量氣體，同時采集了氣溶膠樣品，包括TSP（總懸浮顆粒物）、PM2.5等，并對氣溶膠樣品和重油樣品中的釩、鎳等元素進行了分析，實驗的結(jié)果表明，在沿海氣流的輸送下，上海港區(qū)的二氧化硫、二氧化氮和釩主要來自船舶的排放。研究確認(rèn)了顆粒物中的釩可以作為船舶大氣污染排放的示蹤物，該研究結(jié)果在英國《大氣環(huán)境》期刊上發(fā)表后已被引用160余次。

在前期研究的基礎(chǔ)上，張艷相繼獲得了國家基金委面上項目的資助，開始了船舶排放煙羽對沿海城市大氣環(huán)境影響的動態(tài)過程的影響研究。張艷研究團隊將前期建立的基于AIS的實時港口群區(qū)域航運大氣排放清單技術(shù)和空氣質(zhì)量模式技術(shù)與實時大氣單顆粒觀測技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了船舶煙羽影響港口城市大氣環(huán)境的動態(tài)解析，研究發(fā)現(xiàn)船舶排放對港口及沿海城市大氣PM2.5的平均貢獻比例在1%～10%，受到船舶煙羽影響的特定峰值時刻，船舶排放的貢獻可達到50%。由此可見，船舶大氣污染排放不容忽視。

一次偶然的機會，香港環(huán)保署的官員邀請張艷參加關(guān)于大型國際會議的航運排放專題論壇，這讓她有些受寵若驚。“時任環(huán)保署署長告訴我說，非常欣喜看到內(nèi)地學(xué)者開始關(guān)注船舶排放對空氣質(zhì)量的影響，未來讓我們一起推進清潔空氣行動。”也正是這一次接觸，讓張艷意識到，航運排放的基礎(chǔ)研究對于未來空氣污染政策的推行是非常重要的，比如說可以推動對船舶行業(yè)大氣污染物管控的政策實施。

2015年11月，交通運輸部印發(fā)了《珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實施方案》（以下簡稱“方案”），規(guī)定自2017年1月1日起，船舶在排放控制區(qū)內(nèi)的核心港口區(qū)域靠岸停泊期間應(yīng)使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。在這份文件推出的前序階段的研討會上，能看到張艷忙碌的背影。“從2010年到2015年，我已經(jīng)有5年的積累了，政府相關(guān)的工作人員也知道我有這個基礎(chǔ)，所以他們第一次想要啟動排放政策制定的工作會議，就邀請了我參加，讓我以專家的身份發(fā)出自己的聲音。”借此機緣，張艷多年的研究成果與數(shù)據(jù)積累成為制定政策的科學(xué)參考意見。

在考察的輪船上

在探索中前行

在《方案》實施的幾年后，張艷通過在上海港區(qū)和陸地站點長期監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，上海港實施排放控制區(qū)政策后，港區(qū)及沿岸城區(qū)PM2.5中硫酸鹽和其他含硫組分有所降低，且比硝酸鹽下降更為明顯，含釩顆粒物的濃度也明顯降低。“這說明我們排放控制區(qū)政策的實施是有效的。”張艷如是說。

除了關(guān)注航運排放對空氣環(huán)境的影響外，張艷也格外關(guān)注航運排放對人體健康的影響。“船舶排放相關(guān)的空氣污染和人體健康研究是在全球尺度上受到關(guān)注的問題。”為此，張艷與美國健康效應(yīng)研究所（Health Effects Institute，簡稱HEI）開展了長期合作，對2015年中國核心港口群所在的長三角區(qū)域航運和相關(guān)活動對人群的空氣質(zhì)量和健康的影響進行了全面和詳細的空間分析，同時考察了中國國內(nèi)排放控制區(qū)政策實施前和3種未來排放控制情景下的排放和健康影響。

該研究于2019年12月20日，在HEI官方網(wǎng)站發(fā)布了《中國長三角區(qū)域和上海地區(qū)的航運對空氣污染物排放、空氣質(zhì)量和健康的影響》研究報告，為中國航運相關(guān)的政策制定提供了科學(xué)依據(jù)。

2020年，張艷獲得了國家自然科學(xué)基金委對她在船舶研究領(lǐng)域的第3個科研項目——“船舶黑碳顆粒物排放及多尺度環(huán)境與氣候效應(yīng)研究”的資助，這個項目從船舶的常規(guī)大氣污染物排放視角切換到溫室效應(yīng)物質(zhì)黑碳，不僅關(guān)注環(huán)境影響也涉及氣候影響，將她自大學(xué)以來的學(xué)科背景和近些年的研究經(jīng)歷較好地融合了起來。

“我小時候的夢想是想做一個偵探，雖然現(xiàn)在沒有成為偵探，但是做研究之后，就發(fā)現(xiàn)我也是通過一個一個的現(xiàn)象去推理它背后的成因，這可能是另一種意義上的‘探案’吧。”張艷笑著說道。隨著她解決的問題越多，她收獲的成就感就越大。

在科研之余，張艷還是一個平易近人的老師。“我對學(xué)生的要求相對來說是比較寬松的：一是希望他們熱愛科研；二是希望他們在熱愛的同時要有一顆平常心，不能急于求成；三是希望他們要有自信，遇到困難時，可以努力克服。”張艷希望研究團隊里的同學(xué)們能在日常的訓(xùn)練中不斷積累自己的經(jīng)驗，成為獨當(dāng)一面的科研人員，這就是她作為老師最大的意義。

當(dāng)前張艷主攻的船舶排放污染物是海岸帶和近海區(qū)域典型人為污染源，未來她還想拓展新的研究領(lǐng)域——如近海海洋生源相關(guān)的自然污染源排放、人為源和自然源在海洋邊界層中的相互作用，以及它們對近海岸的高密度人群健康以及海洋生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生的各種影響。正因為科研是在不斷螺旋上升的，它永遠不會是固定的，它會一直往前發(fā)展，所以張艷的腳步也不會停下，未知海洋中的巨大謎團仍然吸引著她不斷探索。