立足小颗粒 守望大环境——记清华大学环境学院助理教授、特别研究员赵斌

刘玉杰

近年来，中国在空气污染控制上虽取得了显著成绩，但随着我国颗粒物控制进入深水区，进一步的控制工作对颗粒物成因和来源的科学认识提出了更高的要求。同时，随着碳中和目标的提出，我国必将在应对气候变化方面扮演日益重要的角色，而颗粒物与气候，特别是与云的相互作用仍是人类活动对气候变化影响中不确定性最大的因素。因此，深入认识颗粒物形成及其与气候相互作用的机制，并探索精准的协同应对策略，是未来研究的热点。

立足小颗粒，守望大环境。为实现这一目标，清华大学环境学院助理教授、特别研究员赵斌，愿长期扎根于颗粒物污染及其与气候的相互作用这一国家迫切需要的研究领域。

在求知的沃土上

水木清华，地集灵氛，英才济济，麟凤振振。在这片求知的沃土上，赵斌如春苗般如饥似渴地汲取着知识的甘露。知识的传授，思想的碰撞，清华园里师长们的谆谆教诲，又给予他以启迪。

导师郝吉明院士、王书肖教授通过言传身教深深影响着赵斌。“郝老师一生研究始终围绕国家重大需求，从之前做酸雨研究到应对机动车带来的环境问题，再到后面研究复合污染的问题，所走的每一步都与国家需求密切结合。王老师也是这样，她领衔构建了区域空气质量精准调控决策支持系统，为国家‘蓝天保卫战’等重大大气污染控制政策的制定、实施和APEC等重大活动空气质量保障提供了重要科技支撑。”赵斌说。

氛围的浸染，前辈、恩师的引领，结合自身的性格特点、兴趣所在，赵斌坚定地走上了科研这条路。在清华，他从本科读到了博士。

读博期间，赵斌起初开展了偏向于污染控制决策的研究。为让复杂模型能够支持决策，赵斌构建了一套将空气质量模型与统计学方法相结合的模拟方法，实现了对大气污染控制决策的快速支持。在逐渐摸索的过程中，导师郝吉明院士、王书肖教授希望赵斌能在科学机理上做一些探索，并鼓励他勇敢去尝试一些有挑战性的课题。

心中有闯劲的赵斌，也一直在寻找这样的机会。在与导师讨论后，赵斌最终决定将二次有机气溶胶（SOA）的模拟作为博士毕业论文的课题。“SOA是PM2.5最复杂、认识最不清晰的部分。因为它涉及成千上万的化学物质和复杂的化学反应过程。如何从如此复杂的体系中提炼出其中的核心规律，并用模型去模拟SOA生成的过程，是非常困难的事情。”赵斌介绍。

赵斌坦言，做这个决定，他有过犹豫：“这个课题有挑战性，我也很感兴趣，但是从毕业的角度来说，可能会给自己带来较大的压力。”决定做这个课题时，在时间上已不算早，同时课题组还有其他的项目要完成。各种事情很多，时间很紧张。

但事情既然已开始，赵斌希望能善始善终。郝老师、王老师的鼓励和支持，让他做下去的信心愈加坚定。对所做之事的兴趣，更帮助他走过了煎熬期。最终，他成功将SOA的三维数值模型建立起来，显著提高了SOA生成数值模拟的准确性。

这个方向直到现在仍是赵斌研究的重点之一。就在不久前，赵斌与合作者一起建立了一套全新的有机物排放表征技术，在统一的框架中准确量化了整个挥发性范围内的有机物排放，进一步改善了SOA模拟效果。

回顾在清华的9年漫漫求学路，赵斌说，母校、恩师教给他的，是思考问题的方法及看问题的视角。“这是最宝贵的财富，会伴随我一辈子。”赵斌说。

带着这些行囊，赵斌一步步走向了科研的更深更远处。

为了心中的归属感

博士生毕业后，为了开拓视野，赵斌选择出国。

在美国加州大学洛杉矶分校的3年半里，赵斌所做研究既有对国内颗粒物污染工作的延续，更重要的是他将其拓展到了与气候相互作用和协同应对的范畴。

“气候变化跟空气污染这两个问题实际是密切关联互不可分的，一方面，二者有很多共同的源；另一方面，我们常说小颗粒大作用，它可以通过影响云的形成和辐射对气候产生影响。单纯只抓一方面，可能会按下葫芦浮起瓢，只有把两头都按下去，才能从根上解决问题。”赵斌介绍。

在这两个问题的关联上，赵斌做了一些探索。与读博时的经历类似，他选择了直面这个领域中最有挑战性的问题之一——颗粒物与冰云及深对流云的相互作用。颗粒物通过影响冰云可对气候产生很大的影响，这是人类活动影响气候变化的一个重要途径。“但此前不同人的研究结果相互矛盾，这意味着其中有一些关键的物理过程没有被认清，这激发了我探索的欲望。”赵斌说。为了解开这个谜团，赵斌尝试从海量的卫星观测数据中寻找新的科学规律，同时利用数值模型对这些规律进行验证和解释。最终，他找到了影响颗粒物与云关系的一些关键因素，这些因素很大程度上决定了颗粒物对冰云和深对流云的影响是正是负，以及影响幅度有多大。以此为契机，赵斌还略带意外地探索出了解决气溶胶的冰晶核化能力这一领域公认难题的新方法。此前这方面的研究基本是依靠在实验室中对具体的样品进行测试，可“管窥”，但未必“见豹”，赵斌提出的卫星观测与模型结合的方法，为评估不同类型的颗粒物在真实复杂大气中对冰晶核化的作用提供了一条新的路径。

除了弄清气候变化跟空气污染的相互关联，更重要的是提出有效的应对策略。为让加州能够同时实现碳中和与空气质量达标，赵斌参与了相关课题的攻关，在达成课题目标的同时，他收获了一个有趣的发现，同样是实现碳中和，如果用不同的方式，对空气质量的影响是很不一样的。有些可能实现碳中和了，但对空气质量的改善很小，有些既实现了碳中和，同时空气质量又有很大的提高。“显然，后一种途径虽然直接花费的费用多一些，但考虑健康收益后，获得的总体收益远高于前一种。关于污染与气候协同应对问题，我们仍在持续探索。”赵斌介绍。

结束在加州大学洛杉矶分校的工作后，赵斌在美国西北太平洋国家实验室（PNNL）获得一个固定岗位，开始了独立的科研之路。他在这一时期将关注点投向了新粒子生成的模型开发与建构上。回到清华工作后，他对这一问题的探索更加深入了。

弄清楚颗粒物如何影响气候，新粒子生成是一个非常关键的过程，因为它决定颗粒物的数浓度。“同样是1微克的颗粒物，它可能由许多小颗粒物构成，也可能由少数大颗粒物构成，这两种情况对于气候的影响是千差万别的。所以模拟新粒子的生成过程，这是把颗粒物污染、气候变化问题弄清楚的根本。”赵斌介绍。

在主流模式对新粒子生成过程的模拟与现实情况差距很大的情况下，赵斌向难题发起挑战，突破了之前简化的处理方式，建立了先进的新粒子生成模拟方法。通过在PNNL和回到清华后的研究，他在区域模式和全球模式中都进行了新粒子生成模块的开发，将误差大幅度降低。通过新的模型，他得以揭开世界不同地区新粒子生成科学机制的神秘面纱，这包括较清洁的区域，也包括污染的区域。比如亚马孙雨林是世界上最清洁的地方之一，但出人意料的是，亚马孙雨林上空却是世界上颗粒物最多的地方之一，这一神奇的现象让科学家们困惑了很久。“这主要是因为雨林中植物排放的有机物，被深对流云传输到高空，在高空氧化生成挥发性极低的气体，进而凝结形成颗粒物。”赵斌利用他开发的模型给出了这一谜题的答案。

“做科研需要跳出来考虑问题，别人这么想，我就要从别的角度去想。或者别人想的是某些问题，我就要想别人没有想过的问题。我感觉开阔的思路，宽广的视野，对科研很重要，所以想出去感受一下。”当初，赵斌怀着这样的想法出国。

经过在国外的历练，赵斌感到自己的视野和思维，如同剥洋葱那样在一层层被打开。而此时的他，回国的想法在心中萦绕，为服务祖国，也为了心中的那份归属感，赵斌毅然踏上了回国的征程。

年轻人的使命与担当

结束在海外的漂泊，赵斌再次回到曾经求学9年的母校并入职环境学院。熟悉的氛围、可敬的师长，让他倍感亲切。为让他顺利开展工作，学校从各方面给予他不遗余力的支持。

加入恩师郝吉明院士的大团队，大家在大事上拧成一股绳，团结一心，但在具体的方向上每个人都保持着相对的独立，这种状态赵斌很享受。

“大气污染控制教研所的每位老师都有自己的专长，这样我们做的东西是既有联系又有互补的，所以大家合作起来很容易。如教研所现有的老师在排放清单、决策支持技术、外场观测、机器学习等方面非常强，而我在大气污染机理模型研发以及大气污染与气候的相互作用方面有专长，一结合很容易实现优势互补。”赵斌介绍。

关于如何培养学生，赵斌坦言自己还在摸索中。“我感觉，一定要把学生放在核心的位置上，教书跟育人是不同的两个概念，我们不只是教书，更重要的是育人。尤其对于博士生，应该尽可能地去激发他们的创造力，鼓励他们提出自己的想法。就像我做学生时，从老师那里学到的最重要的东西，是思考问题的方式，是解决问题的方法，而不是具体的一个知识。我希望这是学生读完博士后能从我们这里带走的东西。”赵斌说。

目前，赵斌计划在环境学院本科生品牌性培养项目“全球环境国际班”开一门必修课“气候变化与环境”，阐释气候变化形成的科学机制，其与环境的相互关系，及如何去应对它。“这跟我自己做的研究密切相关，同时也是现在碳达峰、碳中和以及建设人类命运共同体背景下全球环境国际班乃至全学院本科生亟需的知识。”赵斌说。

在科研上，围绕颗粒物污染及其与气候变化的相互作用和协同应对开展研究，除立足国际学科前沿外，赵斌更关注国家的重大需求。他表示中国PM2.5浓度与世界卫生组织的指导值还存在很大差距，气候变化在碳中和提出后更是受到了前所未有的重视。我们要急国家所急，寻求这两个问题的协同解决之道。

为实现这样的目标，赵斌投入到一个个项目的攻关中。在负责的一项青年人才项目中，赵斌通过开发颗粒物二次生成及其与云和气候相互作用的数值模型，并结合天地空观测大数据，探究颗粒物污染成因及其与云和气候的相互作用机制。在主持的国家自然科学基金委面上项目中，赵斌旨在继续自主研发新粒子生成和生长三维数值模型，厘清新粒子生成和生长的机制和环境气候影响。在参与的公共卫生与健康学科交叉科研项目中，他致力于评估中国碳中和与美丽中国愿景对全球和区域气候变化、空气质量和公众健康的影响，进而探索优化的空气污染和气候变化协同应对路径。在参与的国家自然科学基金委大气霾化学基础科学中心项目中，赵斌作为骨干参与构建多相复合污染数值模型，提升对二次颗粒物和臭氧的模拟准确度，为精准调控奠定基础。

谈到未来工作时，赵斌有一个大目标。他希望建立颗粒物从生成、演变到清除再到与O3、云、辐射、气候相互作用全过程的新一代颗粒物机理模型。这个模型一方面将应用到国际主流的空气质量与气候模式中，但更重要的是可以作为未来中国自主开发的大气模式的重要组成部分。世界上几乎所有重大空气污染和气候变化控制政策均基于数值模型制定，因此赵斌认为，先进的大气数值模式，像大飞机、集成电路一样，堪称大国重器。过去，我国在大气模式的发展上，长期处于“跟跑”阶段，目前部分方向实现了与发达国家“并跑”。实现与发达国家全面“并跑”并逐渐“领跑”，这一重任落到赵斌这一代青年学者身上。

“污染控制技术解决的是一根烟囱的问题，但我们解决的是所有烟囱的问题。”赵斌清晰地记得贺克斌院士的话。“但自主研发国际领先并广泛应用的大气模式是一个非常复杂的系统工程，不是一两个人，一两年能够搞定的，需要长期的探索，尤其需要我们年轻人去拼一把。”赵斌说。

在清华求学多年，加之在海外的历练和回国后的探索，利用数值模拟和卫星观测等手段，赵斌在颗粒物的形成机制、与气候的相互作用和应对策略等国际前沿学科方向进行了深入研究，已取得了诸多创新成果。

2021年年底，因在大气污染和气候变化研究方面所作的突出贡献，赵斌荣获美国地球物理学会（AGU）的“全球环境变化青年科学家奖”，这一奖项从全球范围内遴选在获得博士学位10年内取得突出成就的3名青年科学家。对于获奖，赵斌以平常心对待，他说：“获奖肯定不能成为人生的主线，其实它是在你做了一些工作后，给予你的肯定。”科研无止境，对未知的好奇始终牵引着赵斌不懈地向前探索。对于赵斌，唯有如此，方能靠近心中的科研梦想。

立足国家需求，心怀世界，这是新时代中国年轻人的担当和使命，革故鼎新、开拓共进，做科技创新的弄潮者，赵斌已跃跃欲试。