“藍天保衛戰”背后的科學力量

　　記國家自然科學基金重大研究計劃“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”

　　從霧霾籠罩到藍天白云，中國大氣污染治理的成功離不開科學的力量。美國彭博社曾評價：“中國7年的空氣污染治理相當于美國30年治理的成果。”

　　面對空氣污染治理、氣候變化應對等事關我國社會經濟發展的重大環境挑戰，國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）組織專家進行了深入討論，并于2015年啟動國家自然科學基金重大研究計劃“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”（以下簡稱重大研究計劃）。2024年底，重大研究計劃已完成評估并獲得了全優的評價。

　　近期，在接受《中國科學報》采訪時，作為重大研究計劃指導專家組組長，中國科學院院士、北京大學環境科學與工程學院教授朱彤感到欣慰：“重大研究計劃顯著提升了我國大氣污染研究領域的科研實力，并將前沿探索與國家需求無縫對接，為我國打贏藍天保衛戰提供了堅實的科學支撐。”

　　朱彤（左五）與科研人員在超大載荷浮空器探測平臺工作現場留影。研究團隊供圖

　　從概念到框架

　　20世紀末，我國大城市機動車數量激增，許多車輛缺乏有效排放控制，行駛時“看得見黑煙、聞得到氣味”。同時，冬季取暖用煤也加劇了空氣污染問題。

　　身在北京的中國工程院院士唐孝炎深感憂慮。基于對英國倫敦和美國洛杉磯大氣污染案例的研究，她意識到北京可能同時遭受燃煤型煙霧和光化學煙霧的雙重污染。

　　1997年，唐孝炎在國際上率先提出“大氣復合污染物”概念。在她的引領下，國內學者不斷深化這一概念、豐富其內涵，讓其在近20年后依然具有鮮活的生命力，成為重大研究計劃在科學上的理論起點。

　　朱彤指出，大氣復合污染中的細顆粒物不僅來自直接排放，更通過與其他氣態污染物反應生成二次污染，涉及復雜的自由基化學過程。這類污染還隨大氣輸送在區域尺度上擴散累積，多種物質相互作用、動態演變，呈現出復雜的物理化學特征。

　　基于這一認識，大氣復合污染的研究初步形成了概念模型。

　　2012年至2013年間，我國經歷了大范圍、長時間、高濃度的大氣細顆粒物（PM2.5）灰霾污染事件，其所帶來的健康和環境風險受到全社會的高度關注。我國迅速采取一系列措施，包括首次將PM2.5納入環境空氣質量標準、啟動“中國大氣污染防治行動計劃”（以下簡稱“大氣十條”）等。

　　“學術界有一個很強烈的感受，大氣污染治理絕非易事，其背后涉及諸多科學問題需要深入探討和研究，迫切需要深入的科學研究提供支撐。”朱彤介紹。

　　在這樣的背景下，2014年1月，自然科學基金委召開了由8個學部聯合舉辦的雙清論壇。朱彤受邀召集專家、組織會議。重大研究計劃正是從那次論壇中醞釀而生。

　　隨后，經過多輪科學凝練，重大研究計劃于2015年正式啟動。指導專家組認為，研究將圍繞大氣復合污染的前沿科學問題，目標是構建系統性的“大氣復合污染理論框架”，提出控制我國大氣復合污染的創新性思路。

　　值得稱道的是，唐孝炎始終高度關注并參與重大研究計劃，初期深入參與研討與設計，后期雖年事已高，仍以不同方式持續關心和支持，并作為項目負責人承擔了重大研究計劃創新性設立的一個科普項目。今年6月，在重大研究計劃完成評估半年后，93歲的唐孝炎逝世。回憶恩師，朱彤難以忘懷：“她曾在不同場合為我們‘點贊’，給予我們極大鼓勵。”

　　前沿探索的中國“主場”

　　重大研究計劃的三大核心科學問題為：大氣復合污染的來源識別技術原理與應對機制、大氣復合污染生成的關鍵化學過程以及大氣物理過程與大氣復合污染的生成。為此，全國30多家單位、1000余名科研人員開展了聯合攻關。

　　在面向該領域的學術前沿方面，過去圍繞概念模型的討論主要關注由化學反應構成的復合污染體系，新構建的理論框架則首次將大氣物理過程與化學過程的相互作用納入其中、有機融合，形成了完整、系統的理論框架。

　　“這在此前的研究中是從來沒有的。”朱彤倍感自豪。這一理論框架重塑人們對大氣復合污染的認知范式，深刻地體現了基礎研究在推動科學思想變革中的關鍵作用。

　　在理論框架創新的基礎上，重大研究計劃在研究手段和方法上也進行了大膽突破——針對研究數據質量不高、難以獲得等問題，建立了向全球開放的“中國大氣復合污染綜合數據共享平臺”，其規模之大、種類之全前所未有，增強了科學研究的透明度；針對我國該領域長期存在的模型“孤島”問題，構建了中國首個開源共享模式“排放與大氣過程集成耦合通用模式EPICC”，從源代碼起全面開放，推動了該領域的科研范式從“小作坊式”向開放協同轉變；針對大氣垂直觀測對先進且復雜的高精尖儀器的迫切需求，研發了“系留型超大載荷浮空器探測平臺”，可將數百公斤甚至一噸的大型、先進儀器送入高空，實現對不同高度大氣成分的實時、連續、精準測量。

　　同時，邊界層物理與化學過程相互作用、自由基化學等前沿領域的一系列新概念、新機制和新發現不斷涌現，許多突破性進展源于中國的觀測與研究，由中國科學家率先提出。

　　“一系列創新成果讓我國在該領域的學術研究‘如虎添翼’，實現了從‘跟跑’到‘領跑’的跨越式發展。”朱彤指出。

　　從論文數量來看，過去10年間，中國科學家發表的大氣污染相關研究論文呈指數級增長。在此之前，中國學者為主或參與發表的論文占全球比例不足10%，如今已超過40%。

　　“你會發現，無論在哪個國家舉辦的國際大氣環境領域的學術會議，幾乎都是中國的‘主場’。”朱彤說，“中國科學家作報告的人數也常常接近一半。”

　　與國家需求無縫對接

　　在重大研究計劃實施中，前沿探索與國家需求實現了無縫銜接。

　　多項關鍵政策建議被國家及時采納并產生重大影響。其中，朱彤團隊關于“分區域精確制定氨減排計劃”的研究論文在美國《國家科學院院刊》發表后，提出的相關建議得到黨中央高度重視，推動相關部門將氨減排納入“十四五”規劃。

　　另一項重要成果聚焦港口城市的船舶排放。在我國大氣污染治理初期重點關注機動車、燃煤電廠及工業排放源時，清華大學環境學院教授劉歡團隊前瞻性地意識到船舶排放對沿海城市空氣質量可能帶來的顯著影響。他們通過先進方法構建的高精度船舶排放源清單，首次系統揭示了船舶污染的時空分布特征及其在區域污染中的貢獻，其研究成果和政策建議被交通管理部門采納。

　　在指導專家組看來，這在很大程度上得益于“邊產出、邊應用、邊反饋、邊完善”的科研工作模式，通過關鍵會議、媒體報道、信息報送等方式實現了科研與決策之間的良性互動，推動科研成果快速轉化為治理實踐。

　　專家們還看到，公眾對霧霾的廣泛關切甚至焦慮已經成為重要的社會議題，成為國家發展進程中必須回應的現實挑戰。

　　“以‘科普’的方式能夠讓社會公眾相信，科學研究可以解釋他們關心的問題，更能為治理提供堅實支撐。這種雙向溝通滿足了公眾強烈的學習意愿，會顯著提升傳播效果。”朱彤表示。

　　為此，重大研究計劃一開始就設立“培育項目”支持科普項目，由唐孝炎牽頭實施。在專家們看來，她對大氣污染領域有著全面而深刻的理解，是一位極具魅力的演講者和優秀的教師，擅長將復雜的科學問題深入淺出地講清楚。她嚴謹、認真的態度也讓人深信，她能高質量地完成這項工作。

　　唐孝炎為此付出大量心血，積極采用直播等新媒體形式，讓科普內容更生動、更貼近大眾。

　　據統計，“培育項目”共產出8個專訪和62個科研成果視頻解讀，最終累計覆蓋受眾超千萬人次，產生了廣泛而深遠的社會影響。

　　青年人才迅速成長

　　在重大研究計劃的推進過程中，一大批青年人才在科研實踐中迅速成長，逐漸成為大氣環境研究領域的中堅力量，成為藍天保衛戰的主力軍。例如，共有5位指導專家組成員當選為中國科學院院士或中國工程院院士，超過40位青年骨干獲得國家各類重要項目支持，并培養了900多名博士、碩士研究生。

　　重大研究計劃構建了以重點項目為核心的“項目群”模式，布局46個重點項目。其中，30%的重點項目由40歲以下青年學者主持，他們在解決實際問題的過程中取得了突出成果，學術能力得到快速提升。

　　2016年，39歲的南京大學大氣科學學院教授丁愛軍獲得重點項目資助。他對《中國科學報》說：“在承擔這個項目的過程中，我逐漸形成了自己的特色研究方向，即聚焦空氣污染與氣象之間的雙向相互作用。”

　　2021年至2023年，丁愛軍進一步獲得集成項目支持，旨在對中國東部的超大城市群開展大氣的立體探測。“這一大型科學實驗提升了我的組織協調能力，對我個人以及整個團隊來說，都是非常寶貴的經驗。”他強調。

　　2024年，丁愛軍獲得由世界氣象組織、歐洲氣象學會等七家單位聯合頒發的“Zilitinkevich獎”。這一獎項是大氣科學和海洋科學中邊界層研究領域的權威獎項，此前的獲獎者均為該領域內資深且年齡較大的學者。

　　清華大學地球系統科學系教授張強也是其中之一。2017年，剛剛40歲的張強獲得關于中國大氣污染源排放清單的集成項目資助。“我深感幸運，能將個人的科研興趣與專業所長融入中國大氣污染治理這一波瀾壯闊的實踐之中。”張強告訴《中國科學報》。

　　與全國優秀科研骨干開展“大兵團作戰”的協同攻關讓張強深有感觸。“不同領域的專家之間圍繞同一個科學問題深度交流與相互學習，是‘單打獨斗’式的科研難以企及的。”他說。

　　張強帶領團隊以技術創新繪制出迄今國際上最完整、最詳細的中國大氣污染源排放清單，開發了全國公里級分辨率排放清單數據產品，成果直接應用于國家清潔空氣行動計劃頂層設計、實施跟蹤與效果評估。

　　目前，張強活躍在國際學術舞臺上，擔任全球排放研究計劃科學指導委員會委員和中國工作組聯合主席。“我們計劃向‘全球南方’國家分享基礎研究支撐決策的‘中國方案’，積極幫助其提升大氣污染治理能力。”他表示。

　　雖然重大研究計劃已經結束，但指導專家組仍強調，研究成果要“留得下、用得著、傳得開”。面向未來，在持續改善空氣質量的國家重大需求下，仍有諸多深層次科學問題尚待解決。對此，朱彤相信：“我們在方法、平臺和數據方面的積累，將成為應對這些挑戰的重要基礎。”