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着眼大气环境污染难题

着眼大气环境污染难题

雪地观测

  经过20余年的发展,中国科学院气溶胶化学与物理重点实验室(下称实验室)于2014年经中国科学院正式批准成立。该室依托中国科学院地球环境研究所,实验室主任是研究员曹军骥,学术委员会主任是安芷生院士和David Pui教授。

  日前,实验室主任曹军骥向《中国科学报》记者表示,实验室瞄准当前国际全球变化研究中气溶胶气候环境影响等科学问题,以及国家面临的空气污染治理和大气灰霾控制技术等紧迫的科技需求,重点开展气溶胶关键物种及其气候、环境效应,先进的气溶胶技术及其应用,气溶胶数值模拟,以及PM2.5来源解析与污染控制等方面的工作,“目前来看,已经取得了一定的成效”。

  多年的PM2.5监测

  2014年3月10日,中科院院长白春礼做客中央台时指出:“从上世纪90幸运28年代开始,我们科学院就开始进行大气粉尘和颗粒物污染方面的研究。在本世纪初,我们就开始PM2.5这方面的定位监测和研究工作,比如说我们在西安有一个地球环境研究所,拥有国内唯一的连续监测了十多年的PM2.5的质量及全组分的监测数据,为我国开展PM2.5的历史变化积累了非常重要的资料。”

  而这项工作,目前主要是由曹军骥所负责的这个实验室来完成。

  “目前,我们建立了不同类型黑碳分离测试方法和有机碳/元素碳稳定同位素源解析方法,为黑碳研究提供新的视角和思路,并应用到不同城市和区域的气溶胶来源分析。”曹军骥介绍,实验室还开发粉尘碳酸盐含量测试新技术,明确高含量碳酸盐的亚洲粉尘对全球降低CO2浓度的作用,定量获取了沙漠粉尘气溶胶硫酸盐的含量;论证了土壤来源的硫酸盐对长距离传输粉尘气溶胶中硫酸盐贡献的重要性,并建立了粉尘源谱(元素/离子/碳/同位素),丰富亚洲粉尘研究。

  “我们开展了全国14城市PM2.5冬夏两季的同步观测,获得PM2.5质量浓度和化学全组分的空间分布格局(迄今最全面的数据集),为国家开展PM2.5监测与防治提供背景数据。建立自2003年以来西安PM2.5日均质量浓度和各个物质组成的变化特征(国内唯一的长序列日均变化的连续曲线)。”曹军骥介绍,近年来,实验室为国家和地方提交近10份政府咨询报告,为PM2.5污染控制提供对策与建议。

  2014年,《自然》发表了由该实验室与瑞士保罗谢勒研究所共同署名的二次气溶胶对重灰霾事件中PM2.5浓度重要贡献的论文。在这个研究中,曹军骥等人以2013年1月发生的重霾污染事件为例,通过对北京、上海、广州和西安四个城市的同步观测,精确解析了重霾期间PM2.5各主要来源的定量贡献,在国际上首次发现我国重霾污染中二次有机气溶胶的定量贡献。这一新发现加深了对我国灰霾成因与来源的科学理解,将为未来制定控制政策和治理措施提高科学依据。该论文也是国内空气污染方面的成果首次在《自然幸运28》上以研究通讯的形式报道。

  广泛的学术交流

  目前,该实验室的研究成果已经在《科学》《自然》《美国科学院院刊》等国际高水平杂志上发表气溶胶相关SCI论文约400篇,被引用率达到了10000余次,在国内外具有重要的学术影响。出版《PM2.5与环境》专著一部、译著《洛杉矶雾霾》一部,在国内外气溶胶学术界产生重要影响。其中,粉尘和碳相关成果还获得2012年度国家自然科学奖二等奖。

  “在具体的研究中,我们还广泛开展国内外实质性合作与交流。”曹军骥表示,实验室与美国沙漠研究所、明尼苏达大学等20余个国(境)外及北京大学、西安交通大学等10余所国内高校和研究机构开展了实质性的合作研究。

  曹军骥介绍,目前实验室已经形成了以年轻科技人员为主、具有合理梯队层次和学科结构的研究队伍,包括1名国家“千人计划”、2名基金委杰青、1名中组织青千、5名院百人计划等高水平人才组成的合理梯队,其中2名人员入选ISI全球高被引科学家名录,拥有开展气溶胶理化性质、实验室模拟、数值模拟及污染控制等系统研究的团队。有固定人员35人,平均年龄36岁,45岁以下青年科技人员占90%,35岁以下科技人员占60%。

  目前,对于青年科技人员,实验室设立了“启动基金”和“前沿项目”等计划,重点支持35岁以下的青年人员,实验室鼓励年轻人申请获得这些计划资助,使他们很快转变角色,独当一面。

  2013年6月,在美国芝加哥市举行的国际空气与废物管理学会第106届年会上,曹军骥荣获“2013年国际空气与废物管理学会空气污染控制杰出成就奖”,他也是亚洲第一位获此殊荣的学者,体现了实验室的国际影响力。

  建设国际气溶胶研究中心

  实验室目前有什么研究目标呢?“近期,我们瞄准大气污染控制等紧迫的科技需求,在环境大气PM2.5控制中,提出‘主动式’大型太阳能城市空气清洁系统(HSALSCS),采用太阳能作初始能源,基于光催化、过滤、热流利用等新技术于一体,去除PM2.5粒子及其重要气态前体物,开辟适合我国国情的能源—环境结合的全新途径,并带动相关产业发展。”曹军骥说。

  展望未来,曹军骥表幸运28示,实验室未来的发展设想是,瞄准国家面临的空气污染治理和大气灰霾控制技术等紧迫科技需求,将气溶胶科学和理论与国家气候、环境外交及污染控制紧密结合,以当前国家战略发展需求为指导,综合野外观测、实验室测试分析、计算机模拟及气溶胶关键技术开发等多种手段,查明我国气溶胶化学及物理变化过程及其气候与环境效应,辨明气溶胶在区域与全球环境变化过程中的地位与作用,探索气溶胶污染控制、过滤、捕集等新技术及其工业应用,为国家气候谈判、环境外交提供科学支持,为区域与城市环境治理、PM2.5达标、灰霾污染控制等提供技术储备与示范。“希望通过10余年的努力,将该实验室建设成为国际气溶胶研究的著名研究中心。”曹军骥最后表示。

  (原载于《中国科学报》 2016-02-22 第6版 院所)