“追因溯源”助力大气污染防治——记中国科学院大气物理研究所副研究员刘子锐

崔 芳

刘子锐

3月15日，早上7时，当不少人还安静地沉浸在睡梦中时，一条《沙尘暴预警升级：北方12省市出现大范围黄沙》的消息在各大网站迅速传播，相关预警消息也接连出现在很多人的手机里，希望第一时间引起人们的重视。

中国科学院大气物理研究所的科研工作者是继北京市气象局之后，最早关注这一消息的群体。对他们来说，这一天是个忙碌的日子，因为实时记录温度、湿度、气压等大气参数对他们后续的实验将十分重要，他们不能错过这个机会。

8时之后，空气质量继续恶化，北京大部分地区的天空像开了“昏黄”的滤镜一样，脏兮兮的，能见度也从2公里下降到小于1000米。当一部分人出门上班时，外套、头上，全被蒙上一层细细的黄沙。不少人感叹，这种世界末日般的气象，已经好多年没见到过了。

一直在中国科学院大气物理研究所忙碌的研究员们，是助力重霾污染预警和防控的环境保卫者。此前很长一段时间，他们就像研究对象空气一样，存在，但不显山不露水。直到一场起源于蒙古国的黄沙，掀起了他们的面纱，也将他们置于聚光灯下。黄沙过后，人群散去，但作为大气污染研究的主力军，中国科学院大气物理研究所副研究员刘子锐和他所在的团队，还将在环境长征路上继续前行。

心系大气环境

翻开国家环境保护总局2001年发布的《中国环境状况公报》，水环境保护赫然排在最前列，彼时，保护水资源是大多数人对于环境保护的全部理解。那一年，刘子锐对环境科学的认识也没有多少，但他隐隐地觉察到，环境保护会是未来的新兴行业，于是，在高考志愿专业申报的那一栏中，他写下了环境科学。

硕士期间，刘子锐开展温室气体研究，2008年，刘子锐硕士毕业，跟随中国科学院大气物理研究所王跃思研究员从事大气物理与大气环境研究。彼时，正处于北京奥运前夕，西方国家借环保不力对中国施加政治压力。为了办好这一国际盛事，刘子锐还未来得及好好迎接博士生涯，便披上铠甲，真刀真枪地跟随导师和国内诸多单位联合参与到奥运空气质量保障项目中。在他们的努力下，中国最终实现了自己的承诺：在北京奥运会期间，北京市的空气质量不仅天天达标，而且有10天还达到了一级，刘子锐所在研究团队也因此获得“北京市奥运先进集体”荣誉。

这次工作经历让刘子锐受益匪浅，此后，在很多重要任务上，勤奋和细心，让他总是可以先人一步。2010年，刘子锐开发了基于环境颗粒物检测仪的旁路采样系统（ACCU），这个系统最终应用在了中国科学院战略性先导专项“碳专项”启动的全国气溶胶化学组分地面联网观测（CARE-China观测网）；2011年，刘子锐开始在CARE-China观测网上监测PM2.5的浓度，率先从国家尺度上揭示了PM2.5及其化学组分的空间分布特征，为后续相关工作的开展奠定了重要基础；2013年元月，重霾中高浓度硫酸盐的形成让研究者困惑，刘子锐所在团队设计实验，基于观测数据提出有别于传统氧化途径的硫酸盐生成新机制，并在后续重大雾霾事件出现时，第一时间采样获取实时数据，与国内外团队合作，验证了高浓度硫酸盐并非全部来自无机盐，有机硫酸盐亦有“重要贡献”，回应了行业困惑。

受家庭教育和研究生导师影响，刘子锐对科研道路十分执着。他说：“虽然我不知道自己究竟能对环境做出多大贡献，但我知道，我一定会在环境研究的道路上一直前行。”长久的打算让刘子锐变得坚韧、稳重，也让他的科研成果越来越出色。

专于机理研究

从环保角度看，中国当前大气环境问题的主要特点是污染来源复杂、影响范围广。作为长期活跃在大气污染研究领域的一线科研人员，刘子锐主要遵循“认识污染物+治理污染物”两步走研究思路，来应对当前严峻的环境问题。

之所以要分两步走，是因为随着对污染物的深入研究，科学家发现，厘清污染物来源及二次生成机制，是解决当前污染物治理瓶颈的关键。早期，污染物的治理措施相对简单——减排，只要排放减少了，PM2.5就下降了。但是，从最近的研究来看，北京的污染物治理正面临拐点，空气质量持续改善的压力不断增加。刘子锐解释说：“原来我们排放10克的气体，可能产生5克的颗粒物，但现在排放5克的气体，空气中就可能产生5克的颗粒物，污染气体的转化能力增强，这让环境保护的问题变得更加复杂。”

最开始引起刘子锐关注的是二次颗粒物。什么是二次颗粒物？科学家发现，大气中某些污染气体之间，或污染气体与气溶胶颗粒之间，会发生多相化学反应而产生颗粒物，这就是二次颗粒物。二次颗粒物比一次颗粒物更加棘手。目前，刘子锐正着手研究二次颗粒物形成所需的条件，试图通过厘清一次排放的源头和二次生成的途径，找到有效减少大气颗粒物浓度的方法。

其中，与气粒转化有关的新粒子成核机理是刘子锐近期关注的重点。对于新粒子的来源，科学家之间仍有很多争议。有人认为，新粒子是气态污染物转化的二次颗粒，还有人认为，新粒子是机动车排放的一次污染物，为了确定新粒子来源，刘子锐借助325m气象铁塔，对城市不同梯度的污染物进行监测。目前，通过研究初步清楚了新粒子成核的诱因及其化学增长机制。

环境治理牵一发而动全身。虽然颗粒物的下降，会带来空气质量的提升，但按下葫芦又起瓢，近年来，科学家通过研究发现，细颗粒物PM2.5浓度的下降，会减少气溶胶对HO2自由基的非均相摄取，进而加剧地表臭氧的污染。因此，理清PM2.5和臭氧协同污染的关联，成为刘子锐案前的又一重点研究工作。

着眼世界前沿

环境保护问题从来不能一劳永逸，环境治理工作也从来不是一国之事，在全球大气环境污染治理日益严峻的今天，全世界环境科学研究者应该联起手来，合作共赢。从研十余载，刘子锐不仅是这样想的，也一直是这样做的。

在气溶胶化学组分观测和来源解析方面，刘子锐的研究成果为国外研究者提供了不小的助力。其中，清华大学、哈佛大学等国内外二十余家研究机构将PM2.5成分网的观测数据集，应用于数值模式结果验证以及细颗粒物健康风险评估的区域模式模拟；德国于利希研究中心Andreas Wahner教授，也将PM2.5成分网的观测数据集用于其正在编写的关于全球气溶胶组分研究进展的IPCC报告。

此外，在气溶胶“爆发增长”物理化学机制及致霾机理研究方面，重霾过程硫酸盐的非均相生成—即气溶胶水相中NO2催化SO2转化的机制在国内外的烟雾箱实验中也得到大幅应用。如英国皇家学会会士Roy M. Harrison教授团队引用关于硫酸盐形成机制的研究成果，作为分析北京地区硫酸盐季节变化的直接证据；美国工程院院士、加州理工学院Michael R Hoffmann教授团队引用研究结果作为其开展硫酸盐非均相生成烟雾箱实验的外场环境条件。作为中国的环境研究工作者，刘子锐在国际环境协同治理中毫无保留地贡献了自己所有的力量。

当然，国外的研究思路也给了刘子锐新的科研启发。在国际著名大气化学家、德州农工大学张人一教授的讲座中，刘子锐看到了国内外空气治理的差异。他总结说：“从国内来看，我们的主要工作是解决过去和现在的污染，但国外现阶段比较重视环境治理与气候变化的问题。为什么呢？以大气中新粒子的成核研究为例，目前虽然和大气污染没有直接关系，但是它会影响太阳辐射能量平衡和成云过程，直接和间接影响气候变化。所以未来，我们的研究不仅要着眼于现阶段的污染物治理，还要着眼于未来与大气污染治理相关的气候变化问题。”

为了引进新思想，刘子锐决定前往国外取经。在将国外的机理模式应用于中国的同时，也将国内外的研究相结合，解决国内外大气环境污染的共性问题。从研究生阶段的温室气体研究，到博士期间聚焦国内空气污染的大气颗粒物研究，再到如今放眼世界的大气化学研究，大气在循环，刘子锐的工作也在国内外研究中循环。

3月15日，中国科学院大气物理研究所325米的铁塔记录完重霾数据后，于第二天又露出了清晰的轮廓。铁塔下，熙熙攘攘的上班族也恢复了往日的状态，此时，只有研究所的刘子锐等科研工作者们还一直忙碌着，并且，他们会为了外面的人能享受优良的空气质量而一直忙碌着。