立足小顆粒 守望大環(huán)境
——記清華大學環(huán)境學院助理教授、特別研究員趙斌

劉玉杰

近年來，中國在空氣污染控制上雖取得了顯著成績，但隨著我國顆粒物控制進入深水區(qū)，進一步的控制工作對顆粒物成因和來源的科學認識提出了更高的要求。同時，隨著碳中和目標的提出，我國必將在應對氣候變化方面扮演日益重要的角色，而顆粒物與氣候，特別是與云的相互作用仍是人類活動對氣候變化影響中不確定性最大的因素。因此，深入認識顆粒物形成及其與氣候相互作用的機制，并探索精準的協(xié)同應對策略，是未來研究的熱點。

立足小顆粒，守望大環(huán)境。為實現(xiàn)這一目標，清華大學環(huán)境學院助理教授、特別研究員趙斌，愿長期扎根于顆粒物污染及其與氣候的相互作用這一國家迫切需要的研究領域。

在求知的沃土上

水木清華，地集靈氛，英才濟濟，麟鳳振振。在這片求知的沃土上，趙斌如春苗般如饑似渴地汲取著知識的甘露。知識的傳授，思想的碰撞，清華園里師長們的諄諄教誨，又給予他以啟迪。

導師郝吉明院士、王書肖教授通過言傳身教深深影響著趙斌?！昂吕蠋熞簧芯渴冀K圍繞國家重大需求，從之前做酸雨研究到應對機動車帶來的環(huán)境問題，再到后面研究復合污染的問題，所走的每一步都與國家需求密切結合。王老師也是這樣，她領銜構建了區(qū)域空氣質量精準調控決策支持系統(tǒng)，為國家‘藍天保衛(wèi)戰(zhàn)’等重大大氣污染控制政策的制定、實施和APEC等重大活動空氣質量保障提供了重要科技支撐?！壁w斌說。

氛圍的浸染，前輩、恩師的引領，結合自身的性格特點、興趣所在，趙斌堅定地走上了科研這條路。在清華，他從本科讀到了博士。

讀博期間，趙斌起初開展了偏向于污染控制決策的研究。為讓復雜模型能夠支持決策，趙斌構建了一套將空氣質量模型與統(tǒng)計學方法相結合的模擬方法，實現(xiàn)了對大氣污染控制決策的快速支持。在逐漸摸索的過程中，導師郝吉明院士、王書肖教授希望趙斌能在科學機理上做一些探索，并鼓勵他勇敢去嘗試一些有挑戰(zhàn)性的課題。

心中有闖勁的趙斌，也一直在尋找這樣的機會。在與導師討論后，趙斌最終決定將二次有機氣溶膠（SOA）的模擬作為博士畢業(yè)論文的課題?！癝OA是PM2.5最復雜、認識最不清晰的部分。因為它涉及成千上萬的化學物質和復雜的化學反應過程。如何從如此復雜的體系中提煉出其中的核心規(guī)律，并用模型去模擬SOA生成的過程，是非常困難的事情。”趙斌介紹。

趙斌坦言，做這個決定，他有過猶豫：“這個課題有挑戰(zhàn)性，我也很感興趣，但是從畢業(yè)的角度來說，可能會給自己帶來較大的壓力?！睕Q定做這個課題時，在時間上已不算早，同時課題組還有其他的項目要完成。各種事情很多，時間很緊張。

但事情既然已開始，趙斌希望能善始善終。郝老師、王老師的鼓勵和支持，讓他做下去的信心愈加堅定。對所做之事的興趣，更幫助他走過了煎熬期。最終，他成功將SOA的三維數值模型建立起來，顯著提高了SOA生成數值模擬的準確性。

這個方向直到現(xiàn)在仍是趙斌研究的重點之一。就在不久前，趙斌與合作者一起建立了一套全新的有機物排放表征技術，在統(tǒng)一的框架中準確量化了整個揮發(fā)性范圍內的有機物排放，進一步改善了SOA模擬效果。

回顧在清華的9年漫漫求學路，趙斌說，母校、恩師教給他的，是思考問題的方法及看問題的視角?！斑@是最寶貴的財富，會伴隨我一輩子。”趙斌說。

帶著這些行囊，趙斌一步步走向了科研的更深更遠處。

為了心中的歸屬感

博士生畢業(yè)后，為了開拓視野，趙斌選擇出國。

在美國加州大學洛杉磯分校的3年半里，趙斌所做研究既有對國內顆粒物污染工作的延續(xù)，更重要的是他將其拓展到了與氣候相互作用和協(xié)同應對的范疇。

“氣候變化跟空氣污染這兩個問題實際是密切關聯(lián)互不可分的，一方面，二者有很多共同的源；另一方面，我們常說小顆粒大作用，它可以通過影響云的形成和輻射對氣候產生影響。單純只抓一方面，可能會按下葫蘆浮起瓢，只有把兩頭都按下去，才能從根上解決問題。”趙斌介紹。

在這兩個問題的關聯(lián)上，趙斌做了一些探索。與讀博時的經歷類似，他選擇了直面這個領域中最有挑戰(zhàn)性的問題之一——顆粒物與冰云及深對流云的相互作用。顆粒物通過影響冰云可對氣候產生很大的影響，這是人類活動影響氣候變化的一個重要途徑?！暗饲安煌说难芯拷Y果相互矛盾，這意味著其中有一些關鍵的物理過程沒有被認清，這激發(fā)了我探索的欲望。”趙斌說。為了解開這個謎團，趙斌嘗試從海量的衛(wèi)星觀測數據中尋找新的科學規(guī)律，同時利用數值模型對這些規(guī)律進行驗證和解釋。最終，他找到了影響顆粒物與云關系的一些關鍵因素，這些因素很大程度上決定了顆粒物對冰云和深對流云的影響是正是負，以及影響幅度有多大。以此為契機，趙斌還略帶意外地探索出了解決氣溶膠的冰晶核化能力這一領域公認難題的新方法。此前這方面的研究基本是依靠在實驗室中對具體的樣品進行測試，可“管窺”，但未必“見豹”，趙斌提出的衛(wèi)星觀測與模型結合的方法，為評估不同類型的顆粒物在真實復雜大氣中對冰晶核化的作用提供了一條新的路徑。

除了弄清氣候變化跟空氣污染的相互關聯(lián)，更重要的是提出有效的應對策略。為讓加州能夠同時實現(xiàn)碳中和與空氣質量達標，趙斌參與了相關課題的攻關，在達成課題目標的同時，他收獲了一個有趣的發(fā)現(xiàn)，同樣是實現(xiàn)碳中和，如果用不同的方式，對空氣質量的影響是很不一樣的。有些可能實現(xiàn)碳中和了，但對空氣質量的改善很小，有些既實現(xiàn)了碳中和，同時空氣質量又有很大的提高?！帮@然，后一種途徑雖然直接花費的費用多一些，但考慮健康收益后，獲得的總體收益遠高于前一種。關于污染與氣候協(xié)同應對問題，我們仍在持續(xù)探索?！壁w斌介紹。

結束在加州大學洛杉磯分校的工作后，趙斌在美國西北太平洋國家實驗室（PNNL）獲得一個固定崗位，開始了獨立的科研之路。他在這一時期將關注點投向了新粒子生成的模型開發(fā)與建構上。回到清華工作后，他對這一問題的探索更加深入了。

弄清楚顆粒物如何影響氣候，新粒子生成是一個非常關鍵的過程，因為它決定顆粒物的數濃度。“同樣是1微克的顆粒物，它可能由許多小顆粒物構成，也可能由少數大顆粒物構成，這兩種情況對于氣候的影響是千差萬別的。所以模擬新粒子的生成過程，這是把顆粒物污染、氣候變化問題弄清楚的根本?！壁w斌介紹。

在主流模式對新粒子生成過程的模擬與現(xiàn)實情況差距很大的情況下，趙斌向難題發(fā)起挑戰(zhàn)，突破了之前簡化的處理方式，建立了先進的新粒子生成模擬方法。通過在PNNL和回到清華后的研究，他在區(qū)域模式和全球模式中都進行了新粒子生成模塊的開發(fā)，將誤差大幅度降低。通過新的模型，他得以揭開世界不同地區(qū)新粒子生成科學機制的神秘面紗，這包括較清潔的區(qū)域，也包括污染的區(qū)域。比如亞馬孫雨林是世界上最清潔的地方之一，但出人意料的是，亞馬孫雨林上空卻是世界上顆粒物最多的地方之一，這一神奇的現(xiàn)象讓科學家們困惑了很久?！斑@主要是因為雨林中植物排放的有機物，被深對流云傳輸到高空，在高空氧化生成揮發(fā)性極低的氣體，進而凝結形成顆粒物。”趙斌利用他開發(fā)的模型給出了這一謎題的答案。

“做科研需要跳出來考慮問題，別人這么想，我就要從別的角度去想。或者別人想的是某些問題，我就要想別人沒有想過的問題。我感覺開闊的思路，寬廣的視野，對科研很重要，所以想出去感受一下。”當初，趙斌懷著這樣的想法出國。

經過在國外的歷練，趙斌感到自己的視野和思維，如同剝洋蔥那樣在一層層被打開。而此時的他，回國的想法在心中縈繞，為服務祖國，也為了心中的那份歸屬感，趙斌毅然踏上了回國的征程。

年輕人的使命與擔當

結束在海外的漂泊，趙斌再次回到曾經求學9年的母校并入職環(huán)境學院。熟悉的氛圍、可敬的師長，讓他倍感親切。為讓他順利開展工作，學校從各方面給予他不遺余力的支持。

加入恩師郝吉明院士的大團隊，大家在大事上擰成一股繩，團結一心，但在具體的方向上每個人都保持著相對的獨立，這種狀態(tài)趙斌很享受。

“大氣污染控制教研所的每位老師都有自己的專長，這樣我們做的東西是既有聯(lián)系又有互補的，所以大家合作起來很容易。如教研所現(xiàn)有的老師在排放清單、決策支持技術、外場觀測、機器學習等方面非常強，而我在大氣污染機理模型研發(fā)以及大氣污染與氣候的相互作用方面有專長，一結合很容易實現(xiàn)優(yōu)勢互補。”趙斌介紹。

關于如何培養(yǎng)學生，趙斌坦言自己還在摸索中。“我感覺，一定要把學生放在核心的位置上，教書跟育人是不同的兩個概念，我們不只是教書，更重要的是育人。尤其對于博士生，應該盡可能地去激發(fā)他們的創(chuàng)造力，鼓勵他們提出自己的想法。就像我做學生時，從老師那里學到的最重要的東西，是思考問題的方式，是解決問題的方法，而不是具體的一個知識。我希望這是學生讀完博士后能從我們這里帶走的東西?！壁w斌說。

目前，趙斌計劃在環(huán)境學院本科生品牌性培養(yǎng)項目“全球環(huán)境國際班”開一門必修課“氣候變化與環(huán)境”，闡釋氣候變化形成的科學機制，其與環(huán)境的相互關系，及如何去應對它?！斑@跟我自己做的研究密切相關，同時也是現(xiàn)在碳達峰、碳中和以及建設人類命運共同體背景下全球環(huán)境國際班乃至全學院本科生亟需的知識?！壁w斌說。

在科研上，圍繞顆粒物污染及其與氣候變化的相互作用和協(xié)同應對開展研究，除立足國際學科前沿外，趙斌更關注國家的重大需求。他表示中國PM2.5濃度與世界衛(wèi)生組織的指導值還存在很大差距，氣候變化在碳中和提出后更是受到了前所未有的重視。我們要急國家所急，尋求這兩個問題的協(xié)同解決之道。

為實現(xiàn)這樣的目標，趙斌投入到一個個項目的攻關中。在負責的一項青年人才項目中，趙斌通過開發(fā)顆粒物二次生成及其與云和氣候相互作用的數值模型，并結合天地空觀測大數據，探究顆粒物污染成因及其與云和氣候的相互作用機制。在主持的國家自然科學基金委面上項目中，趙斌旨在繼續(xù)自主研發(fā)新粒子生成和生長三維數值模型，厘清新粒子生成和生長的機制和環(huán)境氣候影響。在參與的公共衛(wèi)生與健康學科交叉科研項目中，他致力于評估中國碳中和與美麗中國愿景對全球和區(qū)域氣候變化、空氣質量和公眾健康的影響，進而探索優(yōu)化的空氣污染和氣候變化協(xié)同應對路徑。在參與的國家自然科學基金委大氣霾化學基礎科學中心項目中，趙斌作為骨干參與構建多相復合污染數值模型，提升對二次顆粒物和臭氧的模擬準確度，為精準調控奠定基礎。

談到未來工作時，趙斌有一個大目標。他希望建立顆粒物從生成、演變到清除再到與O3、云、輻射、氣候相互作用全過程的新一代顆粒物機理模型。這個模型一方面將應用到國際主流的空氣質量與氣候模式中，但更重要的是可以作為未來中國自主開發(fā)的大氣模式的重要組成部分。世界上幾乎所有重大空氣污染和氣候變化控制政策均基于數值模型制定，因此趙斌認為，先進的大氣數值模式，像大飛機、集成電路一樣，堪稱大國重器。過去，我國在大氣模式的發(fā)展上，長期處于“跟跑”階段，目前部分方向實現(xiàn)了與發(fā)達國家“并跑”。實現(xiàn)與發(fā)達國家全面“并跑”并逐漸“領跑”，這一重任落到趙斌這一代青年學者身上。

“污染控制技術解決的是一根煙囪的問題，但我們解決的是所有煙囪的問題?！壁w斌清晰地記得賀克斌院士的話?！暗灾餮邪l(fā)國際領先并廣泛應用的大氣模式是一個非常復雜的系統(tǒng)工程，不是一兩個人，一兩年能夠搞定的，需要長期的探索，尤其需要我們年輕人去拼一把?！壁w斌說。

在清華求學多年，加之在海外的歷練和回國后的探索，利用數值模擬和衛(wèi)星觀測等手段，趙斌在顆粒物的形成機制、與氣候的相互作用和應對策略等國際前沿學科方向進行了深入研究，已取得了諸多創(chuàng)新成果。

2021年年底，因在大氣污染和氣候變化研究方面所作的突出貢獻，趙斌榮獲美國地球物理學會（AGU）的“全球環(huán)境變化青年科學家獎”，這一獎項從全球范圍內遴選在獲得博士學位10年內取得突出成就的3名青年科學家。對于獲獎，趙斌以平常心對待，他說：“獲獎肯定不能成為人生的主線，其實它是在你做了一些工作后，給予你的肯定?！笨蒲袩o止境，對未知的好奇始終牽引著趙斌不懈地向前探索。對于趙斌，唯有如此，方能靠近心中的科研夢想。

立足國家需求，心懷世界，這是新時代中國年輕人的擔當和使命，革故鼎新、開拓共進，做科技創(chuàng)新的弄潮者，趙斌已躍躍欲試。