并不“遙遠”的黑煙：探尋海岸帶大氣環(huán)境影響的成因
——記復旦大學環(huán)境科學與工程系教授張艷

李文博

一艘遠洋貨輪能裝多少東西？環(huán)保紀錄片“Sea Blind”《海盲》告訴我們，以全球最大的貨輪“奧斯卡”號為例，它可以容納19200個船運集裝箱。如果這些集裝箱內裝滿跑鞋的話，一次可以運輸1.17億雙。由此不難發(fā)現，海上運輸因為運量大、成本低，早已成為國際貿易主要的運輸方式。

目前在全球范圍內，80%以上的國際貨物通過海運完成，我國更是高達90%以上。我國水路貨物運輸量和港口吞吐量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一，世界上十大最繁忙的港口有7個在中國。

但在這些繁忙海運的背后，港口城市和海岸帶地區(qū)就成為船舶尾氣污染的重災區(qū)。特別是海岸帶地區(qū)位于陸地與海洋交界處，涉及人為污染源多且復雜，影響大氣環(huán)境的成因也較為復雜?，F有研究顯示，長三角、珠三角、環(huán)渤海和長江等沿海沿江地區(qū)，船舶港口排放已成為海岸帶大氣污染的重要來源之一。

張艷十多年來致力于研究船舶交通大氣污染，她希望通過控制船舶污染物的排放，提高港口城市和海岸帶地區(qū)的空氣質量，將“舉目已是晴空碧，宜趁東風揚帆起”的場景從夢想變?yōu)楝F實。

張艷

夢開始的地方

張艷最初在南京氣象學院學的是氣象學，在她讀書的那個年代里，空氣污染還不是所有人關注的焦點，因此國內還較少有人研究氣象與環(huán)境的關系。但是張艷卻有一種強烈的愿望，“氣象學比較偏重自然科學的研究，而我當時的研究志向是想將自己所學的理論與社會發(fā)展聯系起來”。在這樣的感召下，張艷先是攻讀了南京大學大氣科學系的碩士研究生，然后又考取了復旦大學環(huán)境科學與工程系的博士，這樣多學科的背景，氣象與環(huán)境的結合，不僅讓張艷看待問題更加全面客觀，而且解決實際問題的手段也增多了。

來到復旦大學之后，張艷倏地感覺到了許多變化。“因為在南大大氣科學系時，我們偏重數值模型研究，而復旦則非常重視外場觀測，到真實的大氣環(huán)境中觀測大氣污染物濃度的變化，拿到第一手數據。”她切實感受到了，只有第一手資料才能客觀、令人信服地說明問題。博士期間，張艷在上海洋山島住了兩個月，一日三餐都只能吃冰箱里儲存的食物，但是通過親身觀測，分析數據，得出結果，這樣巨大的成就感讓張艷體會到了科學的魅力?！拔宜鶎W的知識、我做的研究，我可以在真實的大氣環(huán)境中看見它、感受它。”張艷說話時，仿佛還在回憶那段特別的經歷。

張艷在博士畢業(yè)后順理成章地投身于空氣污染的研究中。她在博士期間特別關注空氣污染物傳輸到海洋上會對海洋的生態(tài)系統(tǒng)產生怎樣的影響。而上海日益發(fā)達的船舶業(yè)給了她新的科研啟發(fā)，她將目光投向了航運排放對空氣質量的影響。

和課題組研究生合影

看得見的影響

船舶污染對空氣質量的影響真的有那么大嗎？它離我們的生活那么遠，它的污染怎么可能會傳到陸地上來呢？這些疑問是張艷剛開始做航運排放對空氣質量影響時，聽到最多的話，專家們一次又一次的質疑，沒有讓張艷放棄，反而讓她越挫越勇。在張艷的測算中，2010年長三角區(qū)域及中國東部海域船舶排放的二氧化硫可達到38萬噸/年，在人為排放源中占到14%～15%，貢獻是比較大的。其排放的氮氧化物在人為排放源中的占比與二氧化硫差不多，但卻鮮有人提及。在張艷看來，不僅與船舶柴油尾氣朝夕相處的船員等面臨嚴重的健康危害，港口城市居民也是船舶污染的重要受害者。

“我2009年開始申請青年基金項目的時候，國內還幾乎沒有基金項目做船舶大氣污染物研究的，我當時覺得沒關系，一次不行就兩次，總會有行的時候。”在張艷的堅持下，2010年她申請到了自己科研生涯中第一個國家自然科學基金青年項目“航運排放對區(qū)域及城市空氣質量的影響”，她的研究也由此拉開了序幕。

2011年，張艷和團隊以上海港為研究對象進行了外場觀測實驗，監(jiān)測物種包括二氧化硫、二氧化氮和臭氧這些痕量氣體，同時采集了氣溶膠樣品，包括TSP（總懸浮顆粒物）、PM2.5等，并對氣溶膠樣品和重油樣品中的釩、鎳等元素進行了分析，實驗的結果表明，在沿海氣流的輸送下，上海港區(qū)的二氧化硫、二氧化氮和釩主要來自船舶的排放。研究確認了顆粒物中的釩可以作為船舶大氣污染排放的示蹤物，該研究結果在英國《大氣環(huán)境》期刊上發(fā)表后已被引用160余次。

在前期研究的基礎上，張艷相繼獲得了國家基金委面上項目的資助，開始了船舶排放煙羽對沿海城市大氣環(huán)境影響的動態(tài)過程的影響研究。張艷研究團隊將前期建立的基于AIS的實時港口群區(qū)域航運大氣排放清單技術和空氣質量模式技術與實時大氣單顆粒觀測技術相結合，實現了船舶煙羽影響港口城市大氣環(huán)境的動態(tài)解析，研究發(fā)現船舶排放對港口及沿海城市大氣PM2.5的平均貢獻比例在1%～10%，受到船舶煙羽影響的特定峰值時刻，船舶排放的貢獻可達到50%。由此可見，船舶大氣污染排放不容忽視。

一次偶然的機會，香港環(huán)保署的官員邀請張艷參加關于大型國際會議的航運排放專題論壇，這讓她有些受寵若驚?！皶r任環(huán)保署署長告訴我說，非常欣喜看到內地學者開始關注船舶排放對空氣質量的影響，未來讓我們一起推進清潔空氣行動。”也正是這一次接觸，讓張艷意識到，航運排放的基礎研究對于未來空氣污染政策的推行是非常重要的，比如說可以推動對船舶行業(yè)大氣污染物管控的政策實施。

2015年11月，交通運輸部印發(fā)了《珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實施方案》（以下簡稱“方案”），規(guī)定自2017年1月1日起，船舶在排放控制區(qū)內的核心港口區(qū)域靠岸停泊期間應使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。在這份文件推出的前序階段的研討會上，能看到張艷忙碌的背影?！皬?010年到2015年，我已經有5年的積累了，政府相關的工作人員也知道我有這個基礎，所以他們第一次想要啟動排放政策制定的工作會議，就邀請了我參加，讓我以專家的身份發(fā)出自己的聲音?！苯璐藱C緣，張艷多年的研究成果與數據積累成為制定政策的科學參考意見。

在考察的輪船上

在探索中前行

在《方案》實施的幾年后，張艷通過在上海港區(qū)和陸地站點長期監(jiān)測的數據發(fā)現，上海港實施排放控制區(qū)政策后，港區(qū)及沿岸城區(qū)PM2.5中硫酸鹽和其他含硫組分有所降低，且比硝酸鹽下降更為明顯，含釩顆粒物的濃度也明顯降低?！斑@說明我們排放控制區(qū)政策的實施是有效的?！睆埰G如是說。

除了關注航運排放對空氣環(huán)境的影響外，張艷也格外關注航運排放對人體健康的影響?！按芭欧畔嚓P的空氣污染和人體健康研究是在全球尺度上受到關注的問題?！睘榇?，張艷與美國健康效應研究所（Health Effects Institute，簡稱HEI）開展了長期合作，對2015年中國核心港口群所在的長三角區(qū)域航運和相關活動對人群的空氣質量和健康的影響進行了全面和詳細的空間分析，同時考察了中國國內排放控制區(qū)政策實施前和3種未來排放控制情景下的排放和健康影響。

該研究于2019年12月20日，在HEI官方網站發(fā)布了《中國長三角區(qū)域和上海地區(qū)的航運對空氣污染物排放、空氣質量和健康的影響》研究報告，為中國航運相關的政策制定提供了科學依據。

2020年，張艷獲得了國家自然科學基金委對她在船舶研究領域的第3個科研項目——“船舶黑碳顆粒物排放及多尺度環(huán)境與氣候效應研究”的資助，這個項目從船舶的常規(guī)大氣污染物排放視角切換到溫室效應物質黑碳，不僅關注環(huán)境影響也涉及氣候影響，將她自大學以來的學科背景和近些年的研究經歷較好地融合了起來。

“我小時候的夢想是想做一個偵探，雖然現在沒有成為偵探，但是做研究之后，就發(fā)現我也是通過一個一個的現象去推理它背后的成因，這可能是另一種意義上的‘探案’吧?！睆埰G笑著說道。隨著她解決的問題越多，她收獲的成就感就越大。

在科研之余，張艷還是一個平易近人的老師?！拔覍W生的要求相對來說是比較寬松的：一是希望他們熱愛科研；二是希望他們在熱愛的同時要有一顆平常心，不能急于求成；三是希望他們要有自信，遇到困難時，可以努力克服?！睆埰G希望研究團隊里的同學們能在日常的訓練中不斷積累自己的經驗，成為獨當一面的科研人員，這就是她作為老師最大的意義。

當前張艷主攻的船舶排放污染物是海岸帶和近海區(qū)域典型人為污染源，未來她還想拓展新的研究領域——如近海海洋生源相關的自然污染源排放、人為源和自然源在海洋邊界層中的相互作用，以及它們對近海岸的高密度人群健康以及海洋生物地球化學循環(huán)產生的各種影響。正因為科研是在不斷螺旋上升的，它永遠不會是固定的，它會一直往前發(fā)展，所以張艷的腳步也不會停下，未知海洋中的巨大謎團仍然吸引著她不斷探索。