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迎霾而上

时间:2019-09-03来源:中国科学报 作者:佚名

大气环境观测超级站外景   中科院城市环境研究所供图

细细算来,中国科学院内从事大气环境研究的机构并不少,大气物理研究所(以下简称大气物理所)、生态环境研究中心、合肥物质科学研究院(以下简称合肥研究院)……但其中存在的资源配置重复、研究力量分散问题,并不利于从整体上承担国家重大任务、引领国际前沿科技探索。这也为中科院谋划面向未来、创新发展的改革方略埋下了伏笔。

2013年7月17日,习近平总书记视察中科院并作出“四个率先”重要指示。一年后,中科院党组审时度势、前瞻部署,一场以研究所分类改革为“牛鼻子”的“率先行动”正式开启。

卓越创新中心是研究所分类改革设定的一类创新单元,它面向前沿基础科学,担负起创新“尖刀连”的作用,这与当初中科院内从事大气环境研究的机构所期待的发展理念高度契合。

2015年9月,中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心(以下简称大气环境卓越中心)正式成立,目标锁定为建设世界一流的大气环境科学研究平台。

4年来,大气环境卓越中心的科学家一直朝着这个目标孜孜以求、锐意探索。

从追霾开始


 

中科院副院长丁仲礼(左二)听取大气环境卓越中心工作汇报。

近几十年来,伴随着社会经济的快速发展,我国大气污染日益严重,这引起了社会的高度关注。中科院作为国家重要的科技力量,有责任也有义务联合相关部门及科研院校,在提高科技支撑的大气污染防治能力上贡献力量。

时间追溯到2012年9月,中科院正式启动B类战略性先导科技专项“大气灰霾追因与控制”(以下简称灰霾专项)。该专项为期5年,13家中科院院内研究机构、9家院外单位共计300余名科研人员,共同应对大气灰霾追因溯源。

不得不说,组建起由如此众多科研人员参与的团队并不容易。早在2008年便开始预研,直到2012年才形成整建制队伍。

中科院生态环境研究中心研究员贺泓任灰霾专项首席科学家。在他看来,灰霾专项有效组合了中科院内外的大气环境研究力量,极大促进了灰霾追因与控制研究中团队交叉合作和联合攻关成果的产出。

根据大气复合污染的特点和研究需求,专项分为灰霾追因模拟、灰霾观测溯源、灰霾数值模拟与协同控制方案、灰霾监测关键技术与设备和灰霾重点污染物控制前沿技术5个方向,并逐渐凝练出5支相对固定的团队。

为了将这种行之有效的团队交叉合作形式制度化,2015年9月,中科院依托灰霾专项团队组建了大气环境卓越中心,贺泓任首席科学家。大气环境卓越中心的依托单位设在中科院城市环境研究所(以下简称城市环境所),共建单位有中科院生态环境研究中心、大气物理所、合肥研究院、过程工程研究所、广州地球化学研究所和中国科学院大学。

大气环境卓越中心进一步凝聚了中科院在大气物理、大气化学、环境光学、卫星遥感、大气污染控制和环境政策等研究领域的优秀团队,充分发挥共建单位的研究优势。

“对于我们来说,承担这一任务既是机遇也是挑战。”大气环境卓越中心负责人之一、时任城市环境所所长朱永官清楚地认识到,城市环境所在大气环境学科上并不具有明显优势。

城市环境所综合处处长陈伟民一直参与大气环境卓越中心的筹建,他现在是中心运行办公室主任。在陈伟民看来,这样的安排是中科院从战略层面考虑后做出的。他记得中科院领导曾多次说过:城市环境所与大气环境卓越中心的领域方向较为接近,理应成为研究大气污染的主力军,只是目前研究水平有待提高,但这也恰恰是以新建研究所为核心打造网络式团队的契机。

贺泓对中科院党组的顶层设计表示认同。“放在新建研究所,更利于大气污染与控制交叉学科的发展。”

灰霾专项启动后,科研人员的“追霾行动”随即展开。贺泓介绍,科研人员按照既定方向和目标展开研究,一切都显得有条不紊。然而2013年1月,北京突如其来的一场重度灰霾,打乱了大家的节奏。

“这么大的灰霾,你们采取什么行动了?多快能把灰霾形成的主要原因搞清楚,向社会公布?”就在贺泓团队商量对策时,中科院领导的电话打了过来。“你们应该拿出像抗震救灾那样的心态从事这份工作。”

这通电话对贺泓的触动非常大,他开始反思此类科研任务的社会责任问题。带着强烈的责任感和使命感,贺泓和团队成员长期坚守在一线,不敢有丝毫懈怠。每次灰霾来临,他们都要立即行动起来,准确预报、加强监测、分析成因。这些工作往往是在加班加点、废寝忘食的状态下完成的。

2015年以来,全国空气质量总体向好,这样的结果让贺泓很欣慰。“但目前在二次颗粒物致霾上还有许多科学问题要解决。”这是贺泓带领大气环境卓越中心科研人员接下来要做的工作之一。

在探索中完善

其实,大气环境卓越中心起初叫中国科学院城市大气环境研究卓越创新中心,名字源于其依托单位城市环境所。在2016年大气环境卓越中心召开的理事会上,作为中心理事长的丁仲礼提出,城市大气环境的范围过于狭窄,不符合大气环境研究的规律。该观点引起与会专家的共鸣。

在贺泓看来,作为大气环境领域的卓越创新中心,其名称应在研究对象、空间尺度、过程效应以及防控范围等要素上有所体现。

例如,大气科学研究常以京津冀、珠三角、长三角、成渝、东南沿海地区等区域作为研究对象,并结合区域的地理条件、气候特征以及主要的污染物排放清单,开展区域大气污染的形成机制、迁移转化研究,以及空气质量预测预报。

2016年11月,经中科院审批,原名称正式更名为“中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心”。

早在成立之前,大气环境卓越中心相继制定了科技成果考核奖励办法、成员津贴发放管理办法、经费统筹管理办法、共建共享协议等一系列文件,加强规章制度的保障建设。

但改革往往不是一帆风顺的。大气环境卓越中心的第一次评估验收并没有通过,大气环境卓越中心全体人员压力倍增。

“大家并没有气馁,坚定信念,把压力变为动力。”朱永官表示,他们认真分析未通过的原因后,采取了强有力的措施。

成立之初,大气环境卓越中心就成立了执行委员会、运行办公室,完善多家研究所共建与协作机制。此后,根据中心人员分布特点,分别在合肥研究院和大气物理所成立了分中心,旨在进一步完善多家研究所共建协作机制,密切中心成员间的合作与交流。

与此同时,大气环境卓越中心进一步强化执行委员会功能,提高协同作战能力。陈伟民介绍,执委会成员基本是中心的核心骨干和骨干成员,每2~3个月召开一次执委会会议。

加强青年人才的培养力度也是大气环境卓越中心的一大亮点。例如,中心利用有限的经费,为青年人才设置了具体项目。“成员尽量不在一个单位,利于不同领域的交叉。”贺泓说。

今年4月28日,大气环境卓越中心在合肥研究院举办了青年人才项目交流汇报会,生态环境研究中心副研究员马庆鑫、大气物理所副研究员唐贵谦和杨婷、中国科学技术大学教授刘诚、过程工程所副研究员李双德等青年项目负责人分别代表各自研究团队做了项目进展汇报。

会后,贺泓点评道:“这些青年人才研究的内容也正是大气环境卓越中心下一步要开展的重点工作。”

除此之外,大气环境卓越中心不断建立和完善激励与评估机制,以科研成果和影响力为导向,通过中期函评、定期调整、5年会评等形式,实现人才的合理流动。

2017年10月13日至14日,中科院组织开展大气环境卓越中心建设试点工作验收专家组评议,结果是“大气环境卓越中心全面完成筹建期目标”。

专家组评议意见里还提到,大气环境卓越中心队伍结构合理,人员创新能力和团队协作能力强,中年骨干人才展现了蓬勃向上的工作热情。

截至2018年底,大气环境卓越中心人才创新团队有院士4人、国家杰出青年科学基金获得者9人、国家优秀青年科学基金获得者3人、中科院“百人计划”7人、国家“千人计划”1人、国家“万人计划”5人、中组部“青年千人”4人。

立足平台再出发

2017年9月初的厦门,晴空万里,空气宜人,金砖国家领导人第九次会晤在这里举行。会上,以全球第二大经济体中国为首的几个新兴经济体商讨如何加强合作,为全球化提供新的助力。会下,大气环境卓越中心的科学家在争分夺秒,为保障会议期间的空气质量而努力工作着。

厦门会晤环境质量会商指挥中心就设在大气环境卓越中心,包括大气环境卓越中心在内的专家根据空气质量观测站、大气环境观测超级站(以下简称大气超级站)以及走航观测的数据,结合气象分析报告,研判厦门及周边城市空气质量的演变趋势、潜在污染问题,最终提出系统性解决方案。

大气环境卓越中心副主任陈进生记得,习近平总书记在欢迎宴会致辞时盛赞厦门“抬头仰望是清新的蓝,环顾四周是怡人的绿”。这句话让大气环境卓越中心的科学家倍感兴奋。

陈进生表示,大气环境卓越中心从智力支持与装备支撑两大方面,全过程、全方位地参与空气质量保障活动,成为空气质量保障工作的主力军与主导力量,有力促进了空气质量“双优”(小时均值和日均值)目标的实现。

在装备支撑上,大气超级站功不可没。据介绍,与普通的空气自动监测站相比,大气超级站充分利用光学、物理与化学等综合手段,实现了地空一体的多参数、立体与高时间分辨率的空气质量观测。

城市环境所综合楼楼顶的一个房间里,常规空气质量监测仪、颗粒物水溶性离子色谱监测仪、单颗粒气溶胶质谱仪、臭氧激光雷达等30多台(套)仪器正在全速运行。2017年7月,大气超级站在这里全面建成。

在《中国科学报》采访陈进生的前一天,他与团队成员受福建省环保部门邀请,就第二届数字中国建设峰会召开期间的空气质量保障进行会商。相关数据正来自大气超级站。

科学家期待,在大气超级站的支撑下,大气环境卓越中心将以长三角和东部沿海城市群作为研究对象,开展沿海地区海陆交汇带的大气污染规律研究,探索臭氧光化学污染机制。

由大气环境卓越中心支持建设的大气超级站并不只有这一处。目前大气环境卓越中心构建了全国环境空气质量立体综合观测网络,还在环渤海、长三角、珠三角、海西城市群等区域建设大气超级站,对污染物、气象参数、颗粒物浓度、成分和粒径开展实时、高时间分辨率的立体观测。

不仅如此,大气环境卓越中心还建设了国内先进的烟雾箱群,用来模拟大气中各种反应。“从理论上说,烟雾箱越大,模拟效果越好。”贺泓说。截至2018年底,大气环境卓越中心分别在生态环境研究中心、广州地球化学所和化学研究所建设了室内外烟雾箱。

此外,大气环境卓越中心还建设了先进的大气环境功能材料研发平台,包括环境功能材料量产技术研发平台、烟气脱硝催化剂应用技术研发平台和室内空气净化材料研发平台。值得一提的是,大气环境卓越中心专门建立了连接实验室研究与企业应用的中试平台。

科研平台建设为大气环境卓越中心稳定服务中心定位、持续增强创新能力以及集聚和培养高水平研究队伍提供了重要保障。

开辟新战场

事实上,大气灰霾污染具有长期性、艰巨性和复杂性的特点,虽然灰霾专项结题了,但大气环境卓越中心科学家的工作并没有结束,他们又着手开拓新的研究领域。

大气环境卓越中心今年在举办青年人才项目交流汇报会的同时召开了执委会会议。贺泓最先发言:“我们已经在二次颗粒物致霾形成机制方面做了很好的前期工作,下一个战场可以进一步考虑臭氧、VOCs、氮氧化物等问题。”

“完全同意。监测方法怎么建、测量标准怎么设、仪器怎么应用,国内目前还做得太少,这对于我们来说是个机会。但这些工作一定要同数值模拟结合起来。”大气环境卓越中心核心骨干、大气物理所研究员王跃思补充道。

大气环境卓越中心提出以臭氧等污染物为研究对象不无道理。根据综合观测网络的观测数据,臭氧未来可能会成为城市首要污染物。“为什么颗粒物不超标时臭氧浓度仍然很高?”贺泓解释,臭氧产生的3个因素是氮氧化物、VOCs和光照,颗粒物降下来后,光照就会增强,而氮氧化物和VOCs仍有较高的浓度,通过光化学反应,导致臭氧浓度超标。

众所周知,在平流层,紫外光特别强,能把氧气变成臭氧,形成臭氧层,有效保护人类健康。但对流层并不需要它,且对人体健康有害。如何控制,是科学家要研究的问题。

“下一步可不可以针对不同区域,如京津冀和长三角地区,搞清楚大气污染是怎么传输的,要做出一个模板。”

……

经过热烈讨论,对于大气环境卓越中心下一步的研究重点,大家逐渐明确了目标。

项目牵引是大气环境卓越中心团结协作的法宝,它打破了研究所在争取重大项目时过度竞争、单兵作战的做法。而大气环境卓越中心也正是充分发挥了这一牵引作用,配合中科院前沿科学与教育局部署了对科技部大气专项和国家自然科学基金委重大专项等项目的申报工作,并取得了良好的效果。

为此,大气环境卓越中心申请到国家重点研发计划专项“大气污染成因与控制技术研究”、国家自然科学基金委“中国大气复合污染的成因、健康影响与应对机制”、2017年“大气重污染成因与治理攻关”总理基金等项目。

据不完全统计,自筹建以来,大气环境卓越中心承担上述重大项目及各类人才项目80余项,合同经费达6.2亿元。

但贺泓也清楚,大气环境卓越中心成员相对分散在各单位,“非常需要项目牵引与凝聚,围绕一个共同的科学和应用目标,协同攻关”。他表示,此外,大气环境卓越中心需增强国家层面决策影响力,拟新增经济政策方向。

“每个研究机构的成立都有时代的烙印,那就是国家需求。”朱永官表示,大气环境卓越中心将继续探索以学科前沿为导向、国家需求为牵引的创新科研新机制,推动我国大气环境科学与技术研究的原始创新,为我国可持续发展提供科技支撑。



 

金砖国家领导人厦门会晤期间,大气环境卓越中心出动空气质量保障移动观测车队。

气溶胶观测装备

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