探秘气溶胶，让蓝天白云重归苍穹

高燕·曹丽娟

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随着新冠肺炎的突然爆发，气溶胶这种长期以来被认为会对气候、环境、农业、健康等方面产生影响的微小颗粒，以一种意想不到的方式进入了公众视野。人们在渴望用口罩保护自己的同时，也希望用专业知识武装头脑。人们开始关心它的一切:它是什么？如何形成？如何传播？在哪些方面有影响？

事实上，为了看清它，了解它，彻底揭开它神秘的面纱，许多科研工作者进行了几十年甚至更长时间的执着研究。这场对抗新冠肺炎的战役，把这些默默无闻的科技工作者推到了聚光灯下，我们乐见更多人理解他们的信仰和坚持——

刚刚进入2020年，2019 空燃气质量成绩单已经出炉。

北京市PM2.5年均浓度为2013年监测以来最低，全年无严重污染日，重度污染日仅4天；兰州全年获优良天气296个，6项污染物浓度同比下降；上海全年PM2.5年均浓度达到国家标准...

这在“保卫蓝天”的关键时期，无疑是一个令人振奋的成绩。这种提高的背后，可能有天时地利人和的帮助，但“和为贵”功不可没。

近年来，为了解决人民的“心肺病”和空气污染问题，政府表现出了前所未有的决心和力度。“大气十条”“蓝天保卫战三年行动计划”等一系列政策频频出台，各地政府也在根据自身实际情况制定各种措施加以落实，推动完善。

国家在推动，各地在行动，人民在响应，我们的科技工作者在积极帮助。近年来，一批以大气污染联防联控为核心的科技支撑计划和RD重点计划稳步推进，一系列大气污染防治技术得到试点应用。在各地推进大气污染防治的过程中，科技人的力量日益凸显。中国科学院气溶胶化学与物理重点实验室(以下简称“实验室”)就是这方面的优秀代表。

实验室自成立以来，重点研究国际全球变化研究中的气溶胶气候和环境影响等科学问题，以及国家面临的空大气污染控制和大气雾霾控制技术等迫切的科技需求。30多年来，在刘东生、安志胜等老一辈科学家的指导下，在曹军骥的带领下，实验室在沙尘、黑碳、有机物、PM2.5等气溶胶前沿领域开展了多项原创性研究，取得了多项创新性研究成果并推广示范应用，不仅为国家气候谈判和环境外交提供了科学支撑，也为区域和城市环境治理、PM2.5达标和雾霾污染治理提供了技术储备和示范。

“黄土人”的蓝天之恋

他们自称“黄土人”，不仅仅是因为实验室植根于西部和黄土，更是因为从80年代就开始建立的“黄土情”。

在全球气候变化研究中，黄土高原一直是具有全球意义的研究对象，与深海沉积物、南极、格陵兰冰盖并称为地球的“三大自然秘密”。刘东升、安志胜、张小曳、曹军骥和他们的团队，就是解读这本黄土高原“秘籍”的“黄土人”。

1984年，在刘东生院士等老一辈科学家的倡议下，中国科学院黄土与第四纪地质实验室成立。时任副研究员的安志胜院士带领几名科研人员开始了艰辛而辉煌的开拓历程。

1999年，以黄土与第四纪地质国家重点实验室为基础，成立了中国科学院地球环境研究所。

中国科学院地球环境研究所创始人、“黄土之父”刘东生院士从事地学研究近60年，创立黄土学，引领中国第四纪研究和古全球变化研究进入世界领先行列。安生院士把黄土研究和第四纪研究推向深入。到张小曳和曹军骥，将黄土研究扩展到大气环境领域已经是第三代。

黄土精神代代相传，并因时代进步和社会变迁而不断拓展创新。气溶胶研究是“黄土人”为了解黄土“秘密”而延伸出的新触角。

空气污染的严重性在本世纪初完全暴露出来。也是在2000年，中科院地球环境研究所开始筹建气溶胶实验室。1993年建成投入运行，后用三年时间扩建为粉尘与环境实验室，成为黄土与第四纪地质国家重点实验室五大支柱实验室之一。到2014年8月，中科院正式批准建设气溶胶化学与物理重点实验室。

自成立以来，实验室就有了明确的定位——瞄准当前国际全球变化研究中气溶胶气候与环境影响等科学问题，瞄准国家迫切的科技需求，如空大气污染控制和大气雾霾控制技术，重点研究关键气溶胶种类及其气候环境意义、PM2.5源解析与污染控制、气溶胶数值模拟、先进气溶胶技术及其应用。

总之都是头顶蓝天。

蓝天与创新之战。

在Xi安，如果你路过西长安街和居安路的交叉口，你会看到一个圆柱形的塔。60米的“高度”让它鹤立鸡群。

市民俗称除霾塔，学名大型太阳城空空气净化系统。“它主要以太阳能为驱动能源，利用空空气升温降温的特性，在系统中安装过滤PM2.5和光催化材料，通过导流塔输出洁净的空空气，实现自动净化除尘的功能。”简单来说，这是一个大型空气体净化器。

这个空气体净化器不简单。是国内外首个提出大城市空燃气净化概念并成功建成运营的城市空燃气净化装置。也是全球首个集热能利用、分级过滤、光催化技术于一体的大型城市空气体净化系统。

据资料显示，它能有效去除大气中的颗粒污染物。塔内空气体过滤效率可达80%以上，重污染天空气体日处理能力可达500万立方米，覆盖10平方公里。在重污染天气条件下，PM2.5平均可降低15%。

除霾塔的建成运营，不仅为净化大气污染开辟了新的途径，也为新能源领域各技术环节的协调整合提供了有益的借鉴，促进了环保相关产业的发展。2018年3月，《自然》杂志在新焦点专栏中专门介绍了该装置；同年年底，该装置被美国媒体评选为“中国制造能改变世界的28个创新项目”之一，与量子卫星、FAST田燕等大国重器并列。

除霾塔的概念和原型设计团队主要是中科院气溶胶化学与物理重点实验室团队。该装置是先进气溶胶技术研发和应用的典型成果，是实验室四大研究方向之一。

自成立以来，实验室的研究工作围绕四个方向展开。他们将气溶胶科学和理论与国家气候、环境外交和污染控制紧密结合，以当前国家战略发展需求为导向，通过综合野外观测、实验室测试分析、计算机模拟和气溶胶关键技术开发等多种手段，积极研究中国气溶胶的化学和物理变化过程及其气候和环境效应，旨在明确气溶胶在区域和全球环境变化中的地位和作用，探索气溶胶污染控制、过滤和捕集等新技术及其工业应用。到目前为止，已经取得了一系列成果。

●关键气溶胶种类及其气候和环境意义

气溶胶在不同时间和空尺度上的物理、化学和光学特征是准确认识气溶胶的气候和环境效应的关键，也是我国大气污染治理和环境外交的科学依据。

因此，实验室对中国典型地区的关键气溶胶种类，如沙尘、有机气溶胶、黑碳等，开展了系统的观测和研究。，获得了丰富的第一手观测数据，同时拓展了思路，发展了新的测试技术、新的分析方法、新的模拟方法，获得了多个城市和地区关键气溶胶种类的分布及相关特征，为污染治理提供了科学依据。

近五年来，该领域发表相关论文150余篇，其中《自然》杂志1篇，科学进展1篇，被SCI引用2000余次。其中，Nature article是中国第一篇发表在《自然》上的气溶胶领域研究报告，也被《自然中国》作为亮点报道，入选“2014年中国科学研究25项代表性成果”。

●pm 2.5的来源分析和污染控制。

雾霾之下，PM2.5的研究形势严峻，研究最终是为了指导应用。实验室在研究中努力做到这一点。

从2003年开始，他们在全国14个城市开展了冬夏季PM2.5同步观测，获得了PM2.5质量浓度和全部化学成分空的分布格局，为我国PM2.5的监测和防治提供了背景数据。

他们开展了Xi安PM2.5前瞻性研究，建立了2003年以来Xi安PM2.5日均质量浓度和各种物质组成的变化特征(全国唯一且最长的日均变化连续曲线)，积累了大量数据，发表了国内第一本PM2.5系统研究专著。

他们自主研发了精细化受体源解析模型并推广应用，为京津冀及周边“2+26”城市和魏奋平原11个城市的PM2.5源解析和精准污染防治提供了科技支撑。

他们还开展了大气PM2.5污染形成机理研究，开展了大气污染减排分析，为政府制定重雾霾应对措施提供了科学支撑。

●气溶胶数值模拟

他们通过先进的数值模拟算法和模型，分别在关中、京津冀、青藏高原等区域开展气溶胶模拟研究，对不同区域污染问题的可能影响因素进行连续观测和模拟分析，并将分析结果应用于现实，为国家和地方相关政策的制定提供科学支撑。

基于这些研究，实验室取得了高水平的研究成果。仅2014-2018年，实验室就产生了360多篇SCI论文，其中第一署名单位完成了52篇SCI论文，其中《自然·科学》3篇，PNAS 1篇，科学进展1篇。相关论文被高频引用约6000次，其中他在Nature文章单篇SCI中引用1500余次，在国际学术界形成了广泛的影响，极大地推动了我国气溶胶科学的巨大进步。

更重要的是，这些研究成果为国内大气污染治理和雾霾防治提供了高质量的科技支撑和咨询服务。2015年，中科院率先向国务院提交了《中国大气PM2.5污染现状及控制对策》咨询报告，经张副总理批准。2017年提交《中国灰霾成因》咨询报告和研究建议，两次得到李克强总理批示；多次参加陕西省大气污染防治会议，多次在省委常委会上作专题讲座，两次在全省大气污染防治会议上作主题发言；多次参加安、咸阳、宝鸡、铜川等城市大气污染防治会议，做专题发言和讲座，为省市大气污染防治提供数十份建议和调研报告，推动关中平原、魏奋平原进入国家大气污染防治三大重点区域，为2013年以来安PM2.5浓度下降60%、2019年咸阳空气质量改善率第三做出贡献。

由于他们的杰出成就，实验室的许多研究人员获得了国内外气溶胶领域的许多奖项——曹军骥获得了有气体领域诺贝尔奖之称的哈根斯密特奖，以及世界大气污染控制领域的最高奖——弗兰克·钱伯斯奖、国际气溶胶学会IAFA奖、TWAS地球天文学和/[空。黄如金曾获欧洲气溶胶学会Smythe奖和亚洲青年气溶胶科学家奖。何剑辉获得亚洲气溶胶青年科学家奖；黄宇获中国气雾剂技术创新奖；王启元获得中国气溶胶青年科学家奖...等等。，成为国内气溶胶研究集体中在国际气溶胶会议上获得学术奖项最多的单位。

不要改变自己的想法，要为未来而坚定。

荣誉和掌声的背后，离不开“黄土人”的初心和坚持，更离不开合理的机制和优秀的管理。

实验室能在短时间内取得高水平的成果和高水平科学家的产出，主要得益于合理的团队结构和开放的建设理念。

实验室培养了1名工程院院士、6名国家杰出青年科学基金获得者等高端人才。目前，这支平均年龄仅36岁的年轻团队，由老一辈科学家领衔，拥有包括1名国家千人计划、3名国家杰出青年科学基金获得者、2名万人计划获得者在内的高层次人才，1名中组部青年，5名中科院人才为领军人物，众多新鲜血液为后续力量，真正做到了老一辈的良好引领。骨干可以支撑，后辈可以延续。

围绕总体定位和主要学术方向，实验室形成了以、铁、黄如金、、黄宇为学术带头人的四个研究团队，以及一批不同专业背景的研究人员。他们分工明确，优势互补，密切合作，具备开展气溶胶理化性质、实验室模拟、数值模拟、污染控制等系统研究的专业能力。

年轻、合理的人才梯队、合理的学科结构，决定了这个团队在研究上能打能拼；开放建设理念的坚持，使得整个团队能够在国内外气溶胶学术舞台上站起来，走出去。

开放与合作一直是实验室的态度。除了自己的研究团队，实验室多年来还建立了访问研究小组和国际合作研究小组。前者是项目驱动，由国内外学者建立，跨学科、跨研究单位，相辅相成；后者是通过国际合作和学术交流实现的。

截至目前，实验室已与美国哥伦比亚大学、瑞士沙漠研究所、瑞士保罗·舍勒研究所等20多个国外(地区)以及北京大学、Xi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。最近更加重视与明尼苏达大学、TSI、瑞士苏黎世联邦理工学院、日本熊本大学、意大利环境分析研究所等签署正式合作协议。，开展高水平的合作研究，大力发展空大气污染控制技术。

所有这些都在为实验室在未来的研究中走得更远积蓄力量。关于未来，他们也做了规划:针对我国颗粒物主要污染源，建设在线质谱指纹源库；建立高精度观测技术集成系统；研究和开发一种新的在线动态源解析算法...诸如此类。

总之，服务国家战略需求的初心不变，为国家气候谈判和政策制定提供科技支撑的理想不变，为区域和城市治理提供技术支撑的目标不变；改变的是研究技术和手段，以及研究内容和方向。“我希望通过10多年的努力，将实验室建成国际著名的气溶胶研究中心。"

回首往事，我的心没有变。展望未来，充满激情。在中科院气溶胶化学与物理重点实验室的坚持下，在“黄土人”的努力下，所有的变化和不变，都会融入蓝天白云，回归天空。