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賀克斌:揭開霧霾的面紗

2016-11-04 08:29
科學(xué)中國人 2016年9期
關(guān)鍵詞:污染源顆粒物大氣

專家簡介:

賀克斌,中國工程院院士,清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長。國家環(huán)境保護(hù)大氣復(fù)合污染來源與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金獲得者和“多介質(zhì)復(fù)合污染與控制化學(xué)”創(chuàng)新群體帶頭人,教育部長江學(xué)者特聘教授和“區(qū)域復(fù)合大氣污染與控制”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。承擔(dān)多項(xiàng)國家“973”計(jì)劃、“863”計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,獲國家自然科學(xué)獎二等獎1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步獎二等獎3項(xiàng)以及省部級獎11項(xiàng),獲全國高等教育國家級教育教學(xué)成果獎二等獎1項(xiàng)。

2016年2月18日下午,第59屆世界新聞攝影比賽(荷賽)評選揭曉,攝影記者張磊拍攝的《中國霧霾》獲得當(dāng)代熱點(diǎn)類單幅一等獎。畫面中,藍(lán)天、霧霾、居民樓層次分明,直觀地呈現(xiàn)出了被霧霾籠罩的天津城。而這張照片,也只是華夏大地眾多頻頻陷入“十面霾伏“的城市縮影之一。

2013年年初,中國多個(gè)地區(qū)爆發(fā)大面積空氣污染,將近1/4的國土面積被霧霾籠罩。從那以后,“霧霾”這個(gè)曾經(jīng)生僻的名詞,以迅雷不及掩耳之勢,闖入了國人的生活。

作為中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長,賀克斌長期從事大氣污染控制理論與技術(shù)方面的研究,早在上世紀(jì)90年代,他就開始了針對PM2.5的科研項(xiàng)目。在2016年1月舉行的2015年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上,由賀克斌牽頭完成的“區(qū)域大氣污染源高分辨率排放清單關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2015年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎,這項(xiàng)長達(dá)20余年的研究逐步揭開了霧霾的面紗。多年來,讓中國擁有更好的環(huán)境和潔凈的空氣,更是他長期以來堅(jiān)定的努力方向。

治霾,我們一直在路上

1980年,賀克斌以“縣狀元”的優(yōu)異成績考入清華大學(xué)。在那個(gè)“環(huán)境工程”還是新興學(xué)科的年代,一些人甚至連環(huán)境保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生都無法正確區(qū)分。在選擇專業(yè)時(shí),經(jīng)過老師的介紹,癡迷化學(xué)的他,最終選擇了環(huán)境工程這個(gè)與化學(xué)密切相關(guān)的專業(yè)。沒想到,這條“摸索”之路,賀克斌一走就是30余年,針對環(huán)境工程的研究,他始終堅(jiān)定如一——在清華大學(xué)獲得博士學(xué)位之后,又先后前往丹麥技術(shù)大學(xué)環(huán)境工程系、美國哈佛大學(xué)環(huán)境研究中心、英國利茲大學(xué)燃料與能源系擔(dān)任訪問學(xué)者,而這一切的目的,就是解決中國的空氣污染問題。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染本就是難以完全調(diào)和的矛盾。18世紀(jì)工業(yè)革命以來,環(huán)境問題也成歐美諸國嚴(yán)重的后遺癥。1813年冬,歷史上有記錄的最早的空氣污染案例在英國爆發(fā)。此后,摻雜著大量二氧化硫、臭氧、氮氧化物、顆粒物的空氣所形成的霧霾,開始沿著工業(yè)革命的軌跡引發(fā)危機(jī):1952年英國“倫敦?zé)熿F事件”;1962年、1985年德國“魯爾霧霾危機(jī)”;1953年、1963年、1966年美國“霧霾殺人事件”……針對這些問題,各國開始進(jìn)行國家立法、區(qū)域協(xié)作、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、能源調(diào)整、綠色建設(shè)的治理之路。從1953年英國專門成立應(yīng)對霧霾的比佛委員會開始,全世界的治霾歷程已過去60年。在進(jìn)入二十一世紀(jì)的第一個(gè)十年之后,這項(xiàng)艱巨的任務(wù)來到中國。

縱觀我國的空氣污染問題,共經(jīng)歷了四個(gè)階段——1970年到1990年,我國的主要精力是治理TSP這樣的大顆粒物。此后到2000年間,隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速,我國煤炭生產(chǎn)量和燃煤發(fā)電量大幅度上升,在TSP沒有完全解決的情況下,又出現(xiàn)了二氧化硫的問題以及由此產(chǎn)生的二次污染,也就是我們常說的“酸雨”。2000年之后,緊接著就是城市化、機(jī)動化帶來的揚(yáng)塵、氮氧化物等問題。隨著國家不斷出臺治理二氧化硫的政策和措施,2007年,我國二氧化硫的總排放量歷史性地實(shí)現(xiàn)下降,西南地區(qū)的酸雨污染區(qū)也逐步被被打破。而不久之后,我國也進(jìn)入了空氣污染的第四個(gè)階段,也是最復(fù)雜的階段——霧霾污染。這個(gè)問題之所以復(fù)雜,是因?yàn)殪F霾是各種污染物的“并發(fā)癥”,霧霾到底是什么,也不再是一道單選題,也不再有唯一的成因。霧霾是一個(gè)相對更復(fù)雜的過程,跟排放的顆粒物有關(guān),又有氣態(tài)轉(zhuǎn)化的問題。“所以很多污染物的排放到了一個(gè)要綜合約束的階段?!?/p>

多年來,賀克斌的很多研究項(xiàng)目都與霧霾息息相關(guān)——城市大氣PM2.5水溶性有機(jī)物分析方法及污染特征研究、PM2.5源排放控制和監(jiān)管體系研究、大氣二次顆粒物的化學(xué)組分特征及形成機(jī)制,多介質(zhì)復(fù)合污染與控制化學(xué)……

2013年9月,在全國遭受大面積霧霾籠罩之后,國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動計(jì)劃》(下稱“大氣十條”),2014年也被大家譽(yù)為“治霾元年”?!按髿馐畻l”提出“力爭再用5年或更長時(shí)間,逐步消除重污染天氣,全國空氣質(zhì)量明顯改善”的目標(biāo),并針對不同地區(qū)定下具體指標(biāo),且每一項(xiàng)所涉及的任務(wù)都有嚴(yán)格的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和量化指標(biāo):到2017年,全國地級及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上,優(yōu)良天數(shù)逐年提高;京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域細(xì)顆粒物濃度分別下降25%、20%、15%左右;到2017年,重點(diǎn)行業(yè)排污強(qiáng)度比2012年下降30%以上,煤炭占能源消費(fèi)總量比重降低到65%以下等。

作為業(yè)內(nèi)人士,賀克斌表示,治理霧霾并不能有特效藥思維,“歷史上人們曾通過找出致病的一口井而找到了控制霍亂的源頭,但是霧霾并不是“一口井”那樣的單一來源問題,只能在不斷探尋的過程中去逐步解決解決。治霾,我們一直在路上?!?/p>

打造污染源數(shù)據(jù)庫

在2016年1月9日舉行的2015年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上,由賀克斌牽頭完成的“區(qū)域大氣污染源高分辨率排放清單關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目獲2015年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。而這個(gè)聽起來比較“拗口”的項(xiàng)目,就是通過技術(shù)手段了解霧霾排放源的功臣和進(jìn)行“霧霾治理”的關(guān)鍵。

以霧霾污染相對嚴(yán)重的北京為例,為什么空氣質(zhì)量通常時(shí)好時(shí)壞?為什么十幾年前,人們并沒有感受到霧霾呢?針對這個(gè)問題,賀克斌表示,對于霧霾,必須要從科學(xué)上認(rèn)識、技術(shù)上解決,更重要的,就是必須要掌握三套數(shù)據(jù)——大氣成分濃度數(shù)據(jù)、氣象條件數(shù)據(jù)、以及地面排放的數(shù)據(jù)。而其中最后一套數(shù)據(jù)的采集與建立最為困難。因?yàn)楫?dāng)今中國面臨的是世界上最復(fù)雜的排放源體系,對該體系的定量描述也是多年來我國比較薄弱的環(huán)節(jié),多種污染源數(shù)據(jù)也是無法完全通過實(shí)時(shí)的記錄可以做到的。必須要有一套科學(xué)的方法進(jìn)行確定。

1996年,賀克斌從哈佛大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院學(xué)習(xí)歸來,彼時(shí)的他已經(jīng)意識到我國對空氣采樣觀測的區(qū)域性問題認(rèn)識不足。于是,作為我國較早一批從事PM2.5研究的學(xué)者,他開始著手在北京等地進(jìn)行定點(diǎn)觀測。通過不斷地嘗試,他把監(jiān)測點(diǎn)放在清華校園、昌平、密云,逐步形成城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)的對比演變。

“很多人認(rèn)為有數(shù)據(jù)就一定好,其實(shí)這也是一個(gè)誤區(qū)。如果數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的,事情就會變得越來越糟?!彼?,為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,賀克斌最初就選擇了國際合作的形式,一些稱重和計(jì)量,都與香港和美國的機(jī)構(gòu)合作,反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比?!叭绻莆詹缓茫蓸又蟮臉颖究赡芊炊鴷戎斑€要輕。如果一個(gè)地方的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)是飄忽不定的,也就很難做出長期穩(wěn)定的科學(xué)判斷?!?/p>

“區(qū)域大氣污染源高分辨率排放清單關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”是賀克斌和團(tuán)隊(duì)深耕20余年的成果,而這20年來的唯一目的,就是要把“污染源”說清楚。而其中最關(guān)鍵的是要對工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生污染物排放的過程十分熟悉。

“以前大家都是做出全年排放總量,而不去深究過程。如今我們對工業(yè)點(diǎn)源,交通線源,農(nóng)業(yè)面源都做了高時(shí)空分辨率的研究工作,形成了一套技術(shù),把污染源動態(tài)化?!辟R克斌解釋道,“比如機(jī)動車排放在霧霾污染中的占比,不再是一個(gè)籠統(tǒng)的平均數(shù)字,數(shù)字背后不斷地進(jìn)行了細(xì)化——道路機(jī)動車的占比,汽柴油車輛的占比,大中小型汽車的占比……都有一整套跟交通流結(jié)合起來的計(jì)算方式,即便是同樣一輛車,在不同的季節(jié),排放特點(diǎn)也是不同的,溫度濕度都會造成發(fā)動機(jī)燃燒狀態(tài)的不同,而這些都需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集、歸納和分析?!?/p>

所以,經(jīng)過多年長期的積累,賀克斌帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì),把不同季節(jié),不同區(qū)域,不同城市,不同地貌的數(shù)據(jù)與計(jì)算方法綜合在一起的時(shí)候,也就形成了一個(gè)我國龐大的污染源數(shù)據(jù)庫和動態(tài)排放清單在線技術(shù)平臺,形成了服務(wù)空氣質(zhì)量模擬的排放源數(shù)據(jù)產(chǎn)品??梢哉f,這個(gè)研究項(xiàng)目在很大程度上彌補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域的欠缺,“我們常說要精準(zhǔn)治霧霾,但連污染源都說不清楚怎么精準(zhǔn)治理呢?”

2015年年末的幾次紅色預(yù)警,使得很多百姓大呼不解——為何在進(jìn)行臨時(shí)限行措施之后,霧霾似乎沒有得到良好改善?對此,賀克斌解釋道,盡管看上去霧霾還在,但是與模擬預(yù)警的測算濃度相比,實(shí)測濃度已經(jīng)有一定幅度下降。這就相當(dāng)于針對重感冒的治療,應(yīng)急措施只會讓癥狀緩解,雖不會立刻治愈,但不能說沒有療效?!斑@個(gè)技術(shù)我們還在繼續(xù)更新提升,目前正在國內(nèi)14個(gè)城市進(jìn)行試點(diǎn),當(dāng)?shù)胤较胱鼍珳?zhǔn)治霾的時(shí)候,必須要用這個(gè)技術(shù)把數(shù)據(jù)平臺打造起來,否則將無從談起?!?/p>

為奧運(yùn)藍(lán)天保駕護(hù)航

2007年,時(shí)為清華大學(xué)環(huán)境工程系教授的賀克斌,開始進(jìn)行“大氣顆粒物碳質(zhì)組分與復(fù)合污染形成機(jī)制”的研究,該項(xiàng)目也獲得了國家杰出青年科學(xué)基金的支持。

彼時(shí),課題組在北京、上海、廣州、重慶等城市做了大氣污染觀測和采樣,獲得了海量的樣品和數(shù)據(jù)。通過分析發(fā)現(xiàn),典型城市大氣可吸入顆粒物(PM10)中,2/3是細(xì)顆粒物(PM2.5),而這些PM2.5中,超過2/3是二次生成的;當(dāng)大氣污染越重時(shí),其中PM2.5比例就越高。這也證明了,想解決中國城市的大氣污染問題,控制PM2.5及二次生成至關(guān)重要。

鮮為人知的是,賀克斌和團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目,在奧運(yùn)會中也發(fā)揮了巨大作用。為了保證奧運(yùn)期間的空氣質(zhì)量,研究團(tuán)隊(duì)向北京奧組委提出“夏季控制細(xì)顆粒物污染應(yīng)該更重視二氧化硫減排”的建議,通過一系列措施,2007年年底,北京及周邊省市達(dá)到減排要求。

談及此建議的出臺,賀克斌表示,這是源于團(tuán)隊(duì)長期的研究與監(jiān)測。在1998年之前,北京冬季二氧化硫的濃度無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),政府便開始加大治理力度。數(shù)據(jù)顯示,北京本地排放的二氧化硫并不多,而通過分析區(qū)域來源,卻發(fā)現(xiàn)捕捉到了幾百公里范圍內(nèi)的“硫”。北京夏天的濕度大,溫度高,再加上比較強(qiáng)的光照,氣態(tài)二氧化硫會轉(zhuǎn)化到顆粒物中,而PM10要達(dá)到奧運(yùn)標(biāo)準(zhǔn),就需要迫切解決?!巴ㄟ^觀測到的化學(xué)成分的變化,才決定北京奧運(yùn)會期間要加大力度控制二氧化硫,并把范圍擴(kuò)大到華北6省市?!?/p>

事實(shí)證明,賀克斌的研究成果在實(shí)踐中得到了有效應(yīng)用。在隨后的上海世博會、廣州亞運(yùn)會、“十二五”大氣環(huán)保規(guī)劃、重點(diǎn)區(qū)域大氣聯(lián)防聯(lián)控規(guī)劃……他和其他國內(nèi)專家組成的團(tuán)隊(duì),在減少霧霾,保障空氣質(zhì)量方面獲得了成效。

面對公眾“為何總是搞一些‘治標(biāo)不治本的短期措施”的質(zhì)疑,賀克斌不以為然:“科學(xué)的積累,對長期解決PM2.5和臭氧等問題是有積極意義的。如果沒有奧運(yùn)會、世博會等成功經(jīng)驗(yàn)的話,2012年在定新《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)時(shí),2013年出臺“大氣十條”時(shí),就會有更多猶豫。從這個(gè)意義上講,不是‘治標(biāo)不治本,而是‘治標(biāo)促治本?!?/p>

不忘初心

“我們只有做到三個(gè)不能‘忘記方能完成‘天命——不能忘記肩負(fù)的責(zé)任,不能忘記培養(yǎng)和幫助過自己的人,不能忘記還需要我們培養(yǎng)和幫助的人。”2015年12月7日,中國工程院召開2015年新當(dāng)選院士座談會,作為剛剛當(dāng)選的院士之一,賀克斌望著窗外的霧霾如是說。

而對于這三個(gè)“不能忘記”,賀克斌進(jìn)一步解釋道:“中國要發(fā)展,但不要污染。所謂不能忘記責(zé)任,就是在保證GDP合理增長的前提下,解決污染問題,這條路任重而道遠(yuǎn)。而在這條路上,更需要同事、同行之間的相互支持和幫助,所以要對培養(yǎng)和幫助過我們的人懷有感恩之心。而第三點(diǎn),也是不可忽視的,就是那些需要我們培養(yǎng)和幫助的年輕人。這些年輕人,正在走著我們來時(shí)的路,所以我們要對他們伸出援手。解決環(huán)境問題的未來,在他們手上。”

如今,我國在環(huán)境領(lǐng)域的研究在國際上的位置,也從早期的“追趕”發(fā)展成如今的平等交流。盡管很多工作已經(jīng)初見成效,但未來面臨的挑戰(zhàn)仍然非常大,但復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)境遇帶來的不僅是挑戰(zhàn),也有機(jī)遇。“中國所面臨問題的復(fù)雜程度,有可能使我們的研究在國際前沿領(lǐng)域占有一席之地。”賀克斌對環(huán)保領(lǐng)域的未來充滿信心。

談及環(huán)境領(lǐng)域的人才儲備,賀克斌介紹,目前全國有300多所高校在進(jìn)行相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng),從數(shù)量上儲備充足,但從構(gòu)成上看還要進(jìn)行調(diào)整?!碍h(huán)境污染問題最終要成功解決,應(yīng)該是科學(xué),技術(shù),管理三方面人才并駕齊驅(qū),目前工程技術(shù)比例較高,科學(xué)和管理人才還需要加強(qiáng),尤其是對國內(nèi)國際都充分了解的人才?!?/p>

為了做好相關(guān)人才的儲備工作,賀克斌帶領(lǐng)的清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院也在進(jìn)行著不懈地努力。他表示,師資隊(duì)伍和學(xué)術(shù)氛圍是目前與國際頂尖高校最大的差距。近些年來,學(xué)院縱橫兼顧,在培養(yǎng)年輕教師迅速成長的同時(shí),也在廣攬國際人才。

在2015年的招生中,環(huán)境學(xué)院把四個(gè)高考狀元招至麾下。而他們進(jìn)入的也是5年前新開設(shè)的方向——全球環(huán)境國際班,每次招收20個(gè)人,他們的平均分?jǐn)?shù)在清華的新生中名列前茅。這個(gè)專業(yè)為應(yīng)對當(dāng)下趨勢,增加了英語授課比例,增加出國聯(lián)合培養(yǎng)的機(jī)會。作為院長,賀克斌期待著他們能夠迎來與自己不同的環(huán)保之路:“我國早期是防御型環(huán)保,只是減緩污染發(fā)展的速度,如今是相持型環(huán)保,等到下一批人才培養(yǎng)起來,就是反攻型環(huán)保了,不再被動?!?/p>

而在賀克斌眼中,“留本基金”也是讓學(xué)院更好地發(fā)展的關(guān)鍵。在目前設(shè)立的清華環(huán)境教育發(fā)展基金中,大部份都是“留本基金”。所謂留本基金,就是把資金作為本金通過資本運(yùn)作獲得收益,每年約提取本金的5%~6%作為學(xué)院經(jīng)費(fèi),本金留存不動。與非留本基金相比,留本基金的優(yōu)勢是像滾雪般積聚資本實(shí)力,哈佛、斯坦福大學(xué)等一般都有上百億美元的留本基金?!拔覀兊哪康牟皇菬狒[一陣,而是要達(dá)到沉淀和積累的長期持續(xù)發(fā)展效果。”賀克斌表示,他所希望的理想狀態(tài),是在他卸任后,以后歷任院長仍然可以“手里有錢,把想干的事情干下去”。

而在賀克斌眼中,“想干的事”的終極理想,就是中國空氣質(zhì)量達(dá)到國際水平,讓藍(lán)天不再轉(zhuǎn)瞬即逝,讓中國人的貢獻(xiàn)與努力,在國際大氣環(huán)境科學(xué)的理論體系中,占有一席之地。

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