——记清华大学环境学院教授、博士生导师吴烨

肖贞林  王 涵

 

 

打赢“蓝天保卫战”已成为牵动中国经济发展和影响人民美好生活的重大攻坚战之一。

随着中国机动车保有量的快速增长，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，其防治的紧迫性日益凸显。未来，机动车排放污染的控制与分析将是中国环境控制的重点研究领域。

每一微克污染物浓度降低的背后，都是一个庞大的系统工程；每一次环保政策和标准制定变更的背后，都是一支支环保科研团队夜以继日的科研攻坚。在过去20多年里，清华大学环境学院教授吴烨参与了大量国家及地方机动车排放控制标准和技术指南的制定与实施，展现了自己的科研价值，并持续为打赢“蓝天保卫战”保驾护航。如今，他带领团队，致力于通过大数据等交叉学科工程，建立快速高效的控制决策平台，以尽快实现污染物的精准减排和空气质量的有效改善。

 

颠覆观念 用“全生命周期”看待污染排放

 

20世纪90年代中期，汽车产业在国内迅猛发展，北京市机动车平均增长速度达到17%，广州市的情况与之类似。在北、上、广、深等一线城市，机动车的排放污染逐渐显现。在这个背景下，中国工程院院士郝吉明基于世界银行的支持，着手推动了在全国层面上首个机动车污染综合防控规划的研究工作（B93项目）。

1998年，吴烨从清华大学环境工程系（现环境学院）本科毕业后，以年级综合排名第一的成绩被免试直接推荐攻读博士学位，师从郝吉明院士。因此，吴烨也参与到了B93项目当中，其博士论文的主题聚焦在传统的汽油车和柴油车污染控制方向。

当时，国内机动车污染防控领域的相关研究仍是一片空白。吴烨的论文致力于如何将机动车排放特征、污染特征与污染防控策略相结合。他选择了北京和澳门两个城市作为案例，对机动车实际道路的排放规律，以及污染物浓度在道路上的水平和垂直分布进行了系统的监测和深入的分析。

在导师的引领下，吴烨逐渐打开了机动车污染防治的科研大门，完成了从排放到控制技术再到政策分析的整个链条。他参与的B93项目作为全国层面对机动车污染控制的起航式、引领性的项目，也直接促成了“国一”排放标准在北京的率先实施及在全国的推广。

博士期间，吴烨的研究已初步建立了包括排放因子模式、空气质量模式等多模式与GIS平台耦合的机动车管理信息系统，从而实现了城市机动车污染控制管理决策的信息化和动态化，其成果也陆续成功应用于国家和地方的交通污染控制决策，并为国家和地方机动车更严格的排放法规和油品标准的实施提供了坚实的技术支持。

2002年年底，吴烨博士毕业后前往美国能源部阿岗国家实验室交通研究中心从事博士后研究，由此，他在机动车污染控制研究上跨入了一条全新赛道。

吴烨与博士后导师王全录合作，转向从事交通领域替代燃料和先进技术车辆的生命周期分析，成为美国能源部交通生命周期分析模型（GREET）的主要开发人之一。这个系列模型现已广泛应用于欧美等发达国家及中国、巴西等发展中国家，全球注册用户超过10000，已成为目前世界上道路交通能源领域生命周期分析的首选模型。他还将随机模拟的不确定性分析方法引入该模型，从而确保了各种车/油系统之间的比较更为准确和科学。

虽然人的命运难以预知，但思想坚定的人却总能沿着自己的初衷走下去。

替代燃料和先进技术车辆的生命周期分析研究与传统机动车排放研究之间跨度变化非常大，涉及学科也非常多。对吴烨来说，无异于又重新读了一个博士。但他却并未犹疑，而是不断更新着自己的知识结构，调整研究方向。

“你要思考的不仅仅是车辆运行阶段的控制，还要考虑上游燃料的生产、车用材料的生产。例如，从汽油车变成电动车，电池的材料生产过程和传统车辆部件生产过程中产生的污染物质和能耗是完全不一样的。”吴烨说。

从传统的车辆污染控制转向到能源、燃料和材料的全新体系，从全生命周期的视角去重新看待不同车辆和不同燃料系统，这让吴烨从全新的视野和角度去学习和研究，甚至彻底颠覆了以往的观念。

比如，在新能源汽车中，氢燃料电池车是众所周知的运行阶段“零排放”车，但如果采用全生命周期的研究方法，却可能得出截然相反的结果。在参加通用汽车公司支持的一个氢燃料电池车生命周期项目分析的时候，吴烨发现，如果其中的氢是来自电解水，且电力构成以煤电为主，生产过程中产生的二氧化碳在燃料生产上游的增量会将其下游的零排放效益全部抹杀，甚至可能比传统汽油车排放的二氧化碳还要高。

这一结论冲击巨大，吴烨意识到，面对新能源汽车等新生交通技术，迫切需要以全生命周期的理念去分析其对环境的影响。号称“零污染”的氢燃料电池车，如果在上游环节不加以了解和控制，一样会对环境产生负面影响。“所以它不仅仅要求在车辆运行阶段进行控制，在上游的燃料生产阶段也要同步推进控制，包括提高火电的发电效率、提升超低排放的水平、增加可再生电力的比例等。”

此后近20年，吴烨一直扎根这一领域。在美国期间，作为美国/欧盟氢能双边项目专家组成员，吴烨参与了美国和欧盟的中长期氢能发展路径的评估规划；回到国内，作为国际能源署先进交通燃料技术委员会（IEA-AMF）的两位中方委员之一，他又积极推动包括生物乙醇在内的各种清洁替代燃料在中国及其他国家的应用。

就这样，吴烨一步一步通过科研创新和成果应用不断在汽车环保领域贡献着自己的力量和智慧，与此同时，他的科研水平也节节攀高。

 

家国情怀 环保科学家“要敢于去对抗”

 

尽管在国外取得了熠熠生辉的科研成绩，吴烨却始终惦记着祖国的空气问题。2007年10月，他回到清华大学环境科学与工程系任副教授，并迅速加入郝吉明院士带领的清华大学奥运空气质量保障研究团队，投入到北京奥运会的保障工作中。

当时北京空气质量较差，奥运会前夕时常被国际媒体拿来抨击指责，吴烨看在眼里，难受在心里。他切身感受到了国内外在环境空气质量控制上的巨大差距，也深刻认识到自己的科研工作有着重大的现实意义。

吴烨的课题组承担了“北京奥运期间控制措施实施效果评估”项目中的交通污染控制部分，针对北京奥运会期间的空气质量保障措施，实时监测和核算北京市机动车污染物的减排量，重点评估奥运期间机动车停驶等措施的减排效果，提供实时动态排放数据，为2008年绿色奥运会的成功举办提供了关键的技术依据和保障。

皇天不负有心人。在吴烨和众多环保科学家的努力下，北京奥运期间，北京城空气质量全部达标，空气质量为优的一级天10天，为良的二级天7天；各项主要污染物、可吸入颗粒物等浓度都明显下降，空气污染指数由2007年的平均81下降到平均56，同比下降31%。

当北京的天空挂起了“奥运蓝”时，吴烨对自己的科研价值又有了一种更清楚的认识。他说：“机动车污染防控，可以为重现蓝天提供助力。我们可以做到，中国的空气能够跟国外一样好。”

此后多年，吴烨和团队一直致力于为国家和地方移动源排放标准、指南及控制措施的制订、实施和效益评估提供技术支持。如今，中国的机动车防控标准已经逐渐跳出欧洲的标准体系，走出了自己的机动车防控标准建设道路。尤其是“国六”标准的实施，更是让中国的机动车标准向前跨了一大步。

大步向前的同时，也伴随着来自传统产业的压力、抱怨和质疑。其实，在吴烨和团队的推动下，国家针对天然气重型车车型的“国六”标准提前了一年实施。原来，吴烨团队自2012年起就在关注天然气重型车的污染排放水平，他和团队通过大规模的实际道路测试发现，天然气重型车的氮氧化物排放居然比柴油车还要高。为了提前对天然气重型车进行技术升级，他和环保部相关单位与天然气重型车的相关产业协会展开了激烈碰撞和讨论。

“天然气车必须得从稀薄燃烧技术转向当量燃烧技术，没有其他的变通方式可以选择。”在吴烨的坚持下，如今已有数十款满足“国六”排放标准的天然气发动机进入名录。更新换代后，天然气重型车将在真正意义上成为一种低排放车，不仅仅在颗粒物、黑烟上能够比柴油车更环保，在氮氧化物的排放上也能够符合要求。

这一次的“冲突”让吴烨深有感触，“刚做环保的时候会觉得很无力，但你必须敢于冲上去，敢于去对抗，这将是环保人持续面临的挑战”。

挑战是持续的，对比国内外机动车污染防控的发展，吴烨认为，每一个环境问题的解决，都要经历一个很长的时间周期。伦敦和洛杉矶从20世纪五六十年代开始防控，已经用了60余年时间，而中国的系统性大气污染控制，如今只有不到40年时间。“对比发达国家的防控，我们还有差距，但已经没有那么大了。”吴烨说，在部分场景之下，中国的环保技术和标准，已经可以与发达国家并驾齐驱。

奥运蓝、APEC蓝、两会蓝……在人们对于美好生活的向往中，“蓝天白云”正显得越来越重要，打赢“蓝天保卫战”也越来越多地被放在政府施政方针的显要位置。“十三五”时期，中国在蓝天保卫战中重点对PM2.5污染物进行控制，通过5年的发力，PM2.5污染实现持续下降。近些年，O3污染也备受关注。在“十四五”新征程中，蓝天保卫战的重要防控思路将转向对PM2.5和O3污染的协同控制。

“机动车污染占比仍存在不少争议，但毋庸置疑的是，机动车是最重要的几个污染源之一。在国际上，如著名的洛杉矶光化学烟雾，其臭氧的污染被公认为主要来自机动车排放的两种污染物：挥发性有机物和氮氧化物。”吴烨认为，当PM2.5和O3要进行协同控制的时候，对机动车污染的防控压力也将进一步凸显出来，国内对机动车污染的防控标准还将进一步加码。

 

精准控制 智能大数据助力环保决策

 

由于中国快速机动化和区域发展不均衡，导致了京津冀、长三角、珠三角和成渝等城市群的交通污染物排放高度聚集，其排放强度也远超过全国平均和发达国家平均水平，给中国中东部区域未来的空气质量改善带来了严峻挑战。

吴烨认为，在“高速增长、高频使用、高度集中”的特点和背景下，单一测试技术无法实现对机动车BC、VOCs和PAHs等污染物多组分大样本的准确测量。同时，由于传统清单与实际交通流脱节，忽略了区域交通一体化导致的城际运输，已无法适应区域高分辨率动态源解析的需求。

自2016年开始，在国家自然科学基金重点项目“建立基于排放-交通二维动态大数据的重点区域高分辨率机动车排放清单”的资助下，吴烨和团队采用大数据方法学来分析交通大数据和排放大数据，努力实现二者有机整合，并在北京乃至京津冀区域进行了模拟和示范，最终构建了京津冀路网级别的1km×1km高时空分辨率排放清单，这是在国内较早采用系统大数据思维研究机动车排放控制的一项前沿研究。

吴烨团队选择京津冀、长三角及区域内典型城市为研究对象，建立了“车载—跟车—遥感”多种技术的道路排放测试系统和大样本排放因子获取方法，对不同技术测试数据进行融合，深入分析微观工况和车辆技术等因素对关键污染物的影响规律，相关测试成果为国五/六重型车标准及实际道路监管提供了重要参数和技术方法。

在研究过程中，他们还构建了“集成射频识别—全球定位系统—公路监测网”等最先进的智能交通大数据系统，解析了典型车队出行特征，建立了典型城市高分辨率交通流数据库。基于随机森林等机器学习方法，吴烨团队又融合“区域—城市”交通流特征，建立了融合区域交通流、道路信息和土地利用信息的宏观统计模型，刻画了区域交通流时空排放特征。

在此基础上，耦合“交通—排放”大数据，团队首次建立了区域高时空分辨率排放清单，并通过“区域—城市—热点”等多尺度空气质量模型验证清单准确性，大大改进了传统清单分配方式，分析了外地车等典型车队排放浓度影响，有效评估了典型管控措施的交通排放改善效果。

该项目获得了一系列科研成果，在交通和排放大数据的应用上，吴烨团队已经走在国际前沿。如今，他们已经与成都、西安、深圳等国内大城市继续展开合作，着力研究交通排放的“实时损害”。

“当2000个甚至3000个道路交通监控的实时车流量数据传递到信息中心后，我们就可以基于这些数据，通过研发的模型和平台，把所有的车流和污染物排放的数据在道路网上实时展现出来，大城市在此基础上去做相应的污染控制，就可以达到精准而快速。”吴烨说。

自2017年开始，吴烨带领课题组承担科技部的重点研发计划——“区域机动车排放综合控制和绿色交通管理技术研究”，集成了国内做机动车污染控制最顶尖的研究机构展开专项攻坚，聚焦重点区域及区域内城市群的交通排放控制研究。

在这一研究中，吴烨和团队研发和集成用于机动车排放控制和决策管理的关键共性技术，包括挥发性有机物（VOCs）和颗粒物多组分排放分析技术和数学模型、实际道路车流和排放大数据采集和分析技术、区域全路网高分辨率交通流模型、交通源空气质量模拟系统和机动车排放控制综合决策系统等。在此基础上，他们在重点区域和重点城市对相关关键技术开展了示范应用，并形成可考核、可推广、可复制的区域机动车排放联防联控方案。

3年来，吴烨与课题组系统调研了美国、欧洲和日本等发达国家和地区在机动车排放控制和绿色交通管理方面的先进经验，构建了多个重点区域和重点城市的高分辨率排放清单，精确识别区域和城市内机动车排放时空分布规律和重点控制车型，建立清单准确性和不确定性评价方法。

在开发排放控制措施库、区域交通流模型、高分辨率排放模型和多尺度空气质量模拟系统的大数据动态集成技术等基础上，团队正在建立快速高效的区域交通排放综合控制决策平台，并提出区域机动车排放联防联控的政策建议与实施方案，最终达到应用决策平台准确高效地评估控制情景对污染物减排和空气质量改善的效益。

“从交通排放量，到排放浓度、费用效益，最终实现控制决策，形成一个闭环的链条，从而更精准地去识别机动车在实际道路上的污染规律，并更高效且有针对性的实施机动车排放管控。”吴烨说，通过大数据物联网和精准感知的技术，就能够真实反映车辆在实际道路上的排放，从而对大气环境影响和人体健康做出综合决策。

科学家的成长从来都没有捷径可走。从懵懂地跟着导师做机动车污染控制研究，到逐渐在这一领域站稳脚跟，拥有自己的核心优势和关键技术成果，吴烨在漫长而枯燥的研究历程中，始终对科研饱含兴趣、坚定向前。更重要的是，在科研的道路上，他已经找到了自身价值与国家发展、人民健康结合的重要支撑点。

 

专家简介

吴烨，清华大学教授、博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授，清华大学研究生院副院长，国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室副主任，环境前沿技术北京实验室副主任，京津冀及周边地区大气污染防治专家委员会委员，国际能源署先进交通燃料技术委员会（IEA-AMF）中方委员。长期从事移动源的排放特征和排放控制、新能源汽车能源环境系统分析和交通污染综合控制规划体系的研究。承担国家和国际合作重大项目20余项，发表SCI论文110余篇，获国家科技进步奖二等奖2项，高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖1项，国家级教学成果奖一等奖1项、二等奖1项。作为第一作者授权专利7项，软件著作权19项，负责或参与制订国家和地方机动车排放法规/车用油品标准和技术指南（草案）13项，成果广泛应用于国家和地方机动车排放控制决策和重大活动空气质量保障工作。