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贺克斌:揭开雾霾的面纱

来源:  发布时间:2016-09-02

本刊记者 李明丽

 

  贺克斌,中国工程院院士,清华大学环境学院院长。国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室主任。国家自然科学基金委杰出青年基金获得者和“多介质复合污染与控制化学”创新群体带头人,教育部长江学者特聘教授和“区域复合大气污染与控制”创新团队带头人。承担多项国家“973”计划、“863”计划和国家自然科学基金项目,获国家自然科学奖二等奖1项、国家科技进步奖二等奖3项以及省部级奖11项,获全国高等教育国家级教育教学成果奖二等奖1项。

 

   2016218日下午,第59届世界新闻摄影比赛(荷赛)评选揭晓,摄影记者张磊拍摄的《中国雾霾》获得当代热点类单幅一等奖。画面中,蓝天、雾霾、居民楼层次分明,直观地呈现出了被雾霾笼罩的天津城。而这张照片,也只是华夏大地众多频频陷入“十面霾伏“的城市缩影之一。

2013年年初,中国多个地区爆发大面积空气污染,将近1/4的国土面积被雾霾笼罩。从那以后,“雾霾”这个曾经生僻的名词,以迅雷不及掩耳之势,闯入了国人的生活。

   作为中国工程院院士、清华大学环境学院院长,贺克斌长期从事大气污染控制理论与技术方面的研究,早在上世纪90年代,他就开始了针对PM2.5的科研项目。在20161月举行的2015年度国家科学技术奖励大会上,由贺克斌牵头完成的“区域大气污染源高分辨率排放清单关键技术与应用”项目获得2015年度国家科学技术进步奖二等奖,这项长达20余年的研究逐步揭开了雾霾的面纱。多年来,让中国拥有更好的环境和洁净的空气,更是他长期以来坚定的努力方向。

 

治霾,我们一直在路上

 

1980年,贺克斌以“县状元”的优异成绩考入清华大学。在那个“环境工程”还是新兴学科的年代,一些人甚至连环境保护和环境卫生都无法正确区分。在选择专业时,经过老师的介绍,痴迷化学的他,最终选择了环境工程这个与化学密切相关的专业。没想到,这条“摸索”之路,贺克斌一走就是30余年,针对环境工程的研究,他始终坚定如一——在清华大学获得博士学位之后,又先后前往丹麦技术大学环境工程系、美国哈佛大学环境研究中心、英国利兹大学燃料与能源系担任访问学者,而这一切的目的,就是解决中国的空气污染问题。

   经济发展与环境污染本就是难以完全调和的矛盾。18世纪工业革命以来,环境问题也成欧美诸国严重的后遗症。1813年冬,历史上有记录的最早的空气污染案例在英国爆发。此后,掺杂着大量二氧化硫、臭氧、氮氧化物、颗粒物的空气所形成的雾霾,开始沿着工业革命的轨迹引发危机:1952年英国“伦敦烟雾事件”;1962年、1985年德国“鲁尔雾霾危机”;1953年、1963年、1966年美国“雾霾杀人事件”……针对这些问题,各国开始进行国家立法、区域协作、产业转型、能源调整、绿色建设的治理之路。从1953年英国专门成立应对雾霾的比佛委员会开始,全世界的治霾历程已过去60年。在进入二十一世纪的第一个十年之后,这项艰巨的任务来到中国。

纵观我国的空气污染问题,共经历了四个阶段——1970年到1990年,我国的主要精力是治理TSP这样的大颗粒物。此后到2000年间,随着工业化进程的加速,我国煤炭生产量和燃煤发电量大幅度上升,在TSP没有完全解决的情况下,又出现了二氧化硫的问题以及由此产生的二次污染,也就是我们常说的“酸雨”。2000年之后,紧接着就是城市化、机动化带来的扬尘、氮氧化物等问题。随着国家不断出台治理二氧化硫的政策和措施,2007年,我国二氧化硫的总排放量历史性地实现下降,西南地区的酸雨污染区也逐步被被打破。而不久之后,我国也进入了空气污染的第四个阶段,也是最复杂的阶段——雾霾污染。这个问题之所以复杂,是因为雾霾是各种污染物的“并发症”,雾霾到底是什么,也不再是一道单选题,也不再有唯一的成因。雾霾是一个相对更复杂的过程,跟排放的颗粒物有关,又有气态转化的问题。“所以很多污染物的排放到了一个要综合约束的阶段。”

多年来,贺克斌的很多研究项目都与雾霾息息相关——城市大气PM2.5水溶性有机物分析方法及污染特征研究、PM2.5源排放控制和监管体系研究、大气二次颗粒物的化学组分特征及形成机制,多介质复合污染与控制化学……

20139月,在全国遭受大面积雾霾笼罩之后,国务院发布《大气污染防治行动计划》(下称“大气十条”),2014年也被大家誉为“治霾元年”。“大气十条”提出“力争再用5年或更长时间,逐步消除重污染天气,全国空气质量明显改善”的目标,并针对不同地区定下具体指标,且每一项所涉及的任务都有严格的时间节点和量化指标:到2017年,全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上,优良天数逐年提高;京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%20%15%左右;到2017年,重点行业排污强度比2012年下降30%以上,煤炭占能源消费总量比重降低到65%以下等。

作为业内人士,贺克斌表示,治理雾霾并不能有特效药思维,“历史上人们曾通过找出致病的一口井而找到了控制霍乱的源头,但是雾霾并不是“一口井”那样的单一来源问题,只能在不断探寻的过程中去逐步解决解决。治霾,我们一直在路上。”

 

打造污染源数据库

 

201619日举行的2015年度国家科学技术奖励大会上,由贺克斌牵头完成的“区域大气污染源高分辨率排放清单关键技术与应用”项目获2015年度国家科学技术进步奖二等奖。而这个听起来比较“拗口”的项目,就是通过技术手段了解雾霾排放源的功臣和进行“雾霾治理”的关键。

以雾霾污染相对严重的北京为例,为什么空气质量通常时好时坏?为什么十几年前,人们并没有感受到雾霾呢?针对这个问题,贺克斌表示,对于雾霾,必须要从科学上认识、技术上解决,更重要的,就是必须要掌握三套数据——大气成分浓度数据、气象条件数据、以及地面排放的数据。而其中最后一套数据的采集与建立最为困难。因为当今中国面临的是世界上最复杂的排放源体系,对该体系的定量描述也是多年来我国比较薄弱的环节,多种污染源数据也是无法完全通过实时的记录可以做到的。必须要有一套科学的方法进行确定。

1996年,贺克斌从哈佛大学公共卫生学院学习归来,彼时的他已经意识到我国对空气采样观测的区域性问题认识不足。于是,作为我国较早一批从事PM2.5研究的学者,他开始着手在北京等地进行定点观测。通过不断地尝试,他把监测点放在清华校园、昌平、密云,逐步形成城区和远郊区的对比演变。

“很多人认为有数据就一定好,其实这也是一个误区。如果数据是错误的,事情就会变得越来越糟。”所以,为了保证数据的准确性,贺克斌最初就选择了国际合作的形式,一些称重和计量,都与香港和美国的机构合作,反复进行数据对比。“如果掌握不好,采样之后的样本可能反而会比之前还要轻。如果一个地方的空气质量数据是飘忽不定的,也就很难做出长期稳定的科学判断。”

“区域大气污染源高分辨率排放清单关键技术与应用”是贺克斌和团队深耕20余年的成果,而这20年来的唯一目的,就是要把“污染源”说清楚。而其中最关键的是要对工业、交通、农业等产生污染物排放的过程十分熟悉。

“以前大家都是做出全年排放总量,而不去深究过程。如今我们对工业点源,交通线源,农业面源都做了高时空分辨率的研究工作,形成了一套技术,把污染源动态化。”贺克斌解释道,“比如机动车排放在雾霾污染中的占比,不再是一个笼统的平均数字,数字背后不断地进行了细化——道路机动车的占比,汽柴油车辆的占比,大中小型汽车的占比……都有一整套跟交通流结合起来的计算方式,即便是同样一辆车,在不同的季节,排放特点也是不同的,温度湿度都会造成发动机燃烧状态的不同,而这些都需要进行大量的数据采集、归纳和分析。”

   所以,经过多年长期的积累,贺克斌带领研究团队,把不同季节,不同区域,不同城市,不同地貌的数据与计算方法综合在一起的时候,也就形成了一个我国庞大的污染源数据库和动态排放清单在线技术平台,形成了服务空气质量模拟的排放源数据产品。可以说,这个研究项目在很大程度上弥补了我国在该领域的欠缺,“我们常说要精准治雾霾,但连污染源都说不清楚怎么精准治理呢?”

2015年年末的几次红色预警,使得很多百姓大呼不解——为何在进行临时限行措施之后,雾霾似乎没有得到良好改善?对此,贺克斌解释道,尽管看上去雾霾还在,但是与模拟预警的测算浓度相比,实测浓度已经有一定幅度下降。这就相当于针对重感冒的治疗,应急措施只会让症状缓解,虽不会立刻治愈,但不能说没有疗效。“这个技术我们还在继续更新提升,目前正在国内14个城市进行试点,当地方想做精准治霾的时候,必须要用这个技术把数据平台打造起来,否则将无从谈起。”

 

为奥运蓝天保驾护航

 

2007年,时为清华大学环境工程系教授的贺克斌,开始进行“大气颗粒物碳质组分与复合污染形成机制”的研究,该项目也获得了国家杰出青年科学基金的支持。

彼时,课题组在北京、上海、广州、重庆等城市做了大气污染观测和采样,获得了海量的样品和数据。通过分析发现,典型城市大气可吸入颗粒物(PM10)中,2/3是细颗粒物(PM2.5),而这些PM2.5中,超过2/3是二次生成的;当大气污染越重时,其中PM2.5比例就越高。这也证明了,想解决中国城市的大气污染问题,控制PM2.5及二次生成至关重要。

鲜为人知的是,贺克斌和团队的研究项目,在奥运会中也发挥了巨大作用。为了保证奥运期间的空气质量,研究团队向北京奥组委提出“夏季控制细颗粒物污染应该更重视二氧化硫减排”的建议,通过一系列措施,2007年年底,北京及周边省市达到减排要求。

谈及此建议的出台,贺克斌表示,这是源于团队长期的研究与监测。在1998年之前,北京冬季二氧化硫的浓度无法达到标准,政府便开始加大治理力度。数据显示,北京本地排放的二氧化硫并不多,而通过分析区域来源,却发现捕捉到了几百公里范围内的“硫”。北京夏天的湿度大,温度高,再加上比较强的光照,气态二氧化硫会转化到颗粒物中,而PM10要达到奥运标准,就需要迫切解决。“通过观测到的化学成分的变化,才决定北京奥运会期间要加大力度控制二氧化硫,并把范围扩大到华北6省市。”

事实证明,贺克斌的研究成果在实践中得到了有效应用。在随后的上海世博会、广州亚运会、“十二五”大气环保规划、重点区域大气联防联控规划……他和其他国内专家组成的团队,在减少雾霾,保障空气质量方面获得了成效。

面对公众“为何总是搞一些‘治标不治本’的短期措施”的质疑,贺克斌不以为然:“科学的积累,对长期解决PM2.5和臭氧等问题是有积极意义的。如果没有奥运会、世博会等成功经验的话,2012年在定新《环境空气质量标准》(GB3095-2012)时,2013年出台“大气十条”时,就会有更多犹豫。从这个意义上讲,不是‘治标不治本’,而是‘治标促治本’。”

 

不忘初心

 

“我们只有做到三个不能‘忘记’方能完成‘天命’——不能忘记肩负的责任,不能忘记培养和帮助过自己的人,不能忘记还需要我们培养和帮助的人。”2015127日,中国工程院召开2015年新当选院士座谈会,作为刚刚当选的院士之一,贺克斌望着窗外的雾霾如是说。

而对于这三个“不能忘记”,贺克斌进一步解释道:“中国要发展,但不要污染。所谓不能忘记责任,就是在保证GDP合理增长的前提下,解决污染问题,这条路任重而道远。而在这条路上,更需要同事、同行之间的相互支持和帮助,所以要对培养和帮助过我们的人怀有感恩之心。而第三点,也是不可忽视的,就是那些需要我们培养和帮助的年轻人。这些年轻人,正在走着我们来时的路,所以我们要对他们伸出援手。解决环境问题的未来,在他们手上。”

如今,我国在环境领域的研究在国际上的位置,也从早期的“追赶”发展成如今的平等交流。尽管很多工作已经初见成效,但未来面临的挑战仍然非常大,但复杂的现实境遇带来的不仅是挑战,也有机遇。“中国所面临问题的复杂程度,有可能使我们的研究在国际前沿领域占有一席之地。”贺克斌对环保领域的未来充满信心。

谈及环境领域的人才储备,贺克斌介绍,目前全国有300多所高校在进行相关专业的人才培养,从数量上储备充足,但从构成上看还要进行调整。“环境污染问题最终要成功解决,应该是科学,技术,管理三方面人才并驾齐驱,目前工程技术比例较高,科学和管理人才还需要加强,尤其是对国内国际都充分了解的人才。”

为了做好相关人才的储备工作,贺克斌带领的清华大学环境学院也在进行着不懈地努力。他表示,师资队伍和学术氛围是目前与国际顶尖高校最大的差距。近些年来,学院纵横兼顾,在培养年轻教师迅速成长的同时,也在广揽国际人才。

2015年的招生中,环境学院把四个高考状元招至麾下。而他们进入的也是5年前新开设的方向——全球环境国际班,每次招收20个人,他们的平均分数在清华的新生中名列前茅。这个专业为应对当下趋势,增加了英语授课比例,增加出国联合培养的机会。作为院长,贺克斌期待着他们能够迎来与自己不同的环保之路:“我国早期是防御型环保,只是减缓污染发展的速度,如今是相持型环保,等到下一批人才培养起来,就是反攻型环保了,不再被动。”

而在贺克斌眼中,“留本基金”也是让学院更好地发展的关键。在目前设立的清华环境教育发展基金中,大部份都是“留本基金”。所谓留本基金,就是把资金作为本金通过资本运作获得收益,每年约提取本金的5%~6%作为学院经费,本金留存不动。与非留本基金相比,留本基金的优势是像滚雪般积聚资本实力,哈佛、斯坦福大学等一般都有上百亿美元的留本基金。“我们的目的不是热闹一阵,而是要达到沉淀和积累的长期持续发展效果。”贺克斌表示,他所希望的理想状态,是在他卸任后,以后历任院长仍然可以“手里有钱,把想干的事情干下去”。

而在贺克斌眼中,“想干的事”的终极理想,就是中国空气质量达到国际水平,让蓝天不再转瞬即逝,让中国人的贡献与努力,在国际大气环境科学的理论体系中,占有一席之地。

 

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2024年4月

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