立足小顆粒 守望大環(huán)境

劉玉杰

近年來，中國(guó)在空氣污染控制上雖取得了顯著成績(jī)，但隨著我國(guó)顆粒物控制進(jìn)入深水區(qū)，進(jìn)一步的控制工作對(duì)顆粒物成因和來源的科學(xué)認(rèn)識(shí)提出了更高的要求。同時(shí)，隨著碳中和目標(biāo)的提出，我國(guó)必將在應(yīng)對(duì)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(dòng)對(duì)氣候變化影響中不確定性最大的因素。因此，深入認(rèn)識(shí)顆粒物形成及其與氣候相互作用的機(jī)制，并探索精準(zhǔn)的協(xié)同應(yīng)對(duì)策略，是未來研究的熱點(diǎn)。

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

在求知的沃土上

水木清華，地集靈氛，英才濟(jì)濟(jì)，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(shí)的甘露。知識(shí)的傳授，思想的碰撞，清華園里師長(zhǎng)們的諄諄教誨，又給予他以啟迪。

導(dǎo)師郝吉明院士、王書肖教授通過言傳身教深深影響著趙斌。“郝老師一生研究始終圍繞國(guó)家重大需求，從之前做酸雨研究到應(yīng)對(duì)機(jī)動(dòng)車帶來的環(huán)境問題，再到后面研究復(fù)合污染的問題，所走的每一步都與國(guó)家需求密切結(jié)合。王老師也是這樣，她領(lǐng)銜構(gòu)建了區(qū)域空氣質(zhì)量精準(zhǔn)調(diào)控決策支持系統(tǒng)，為國(guó)家‘藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)’等重大大氣污染控制政策的制定、實(shí)施和APEC等重大活動(dòng)空氣質(zhì)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(lǐng)，結(jié)合自身的性格特點(diǎn)、興趣所在，趙斌堅(jiān)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(fù)雜模型能夠支持決策，趙斌構(gòu)建了一套將空氣質(zhì)量模型與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的模擬方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣污染控制決策的快速支持。在逐漸摸索的過程中，導(dǎo)師郝吉明院士、王書肖教授希望趙斌能在科學(xué)機(jī)理上做一些探索，并鼓勵(lì)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(jī)會(huì)。在與導(dǎo)師討論后，趙斌最終決定將二次有機(jī)氣溶膠（SOA）的模擬作為博士畢業(yè)論文的課題。“SOA是PM2.5最復(fù)雜、認(rèn)識(shí)最不清晰的部分。因?yàn)樗婕俺汕先f(wàn)的化學(xué)物質(zhì)和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。如何從如此復(fù)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?！壁w斌介紹。

趙斌坦言，做這個(gè)決定，他有過猶豫：“這個(gè)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(huì)給自己帶來較大的壓力?！睕Q定做這個(gè)課題時(shí)，在時(shí)間上已不算早，同時(shí)課題組還有其他的項(xiàng)目要完成。各種事情很多，時(shí)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(lì)和支持，讓他做下去的信心愈加堅(jiān)定。對(duì)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(shù)值模型建立起來，顯著提高了SOA生成數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

這個(gè)方向直到現(xiàn)在仍是趙斌研究的重點(diǎn)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(jī)物排放表征技術(shù)，在統(tǒng)一的框架中準(zhǔn)確量化了整個(gè)揮發(fā)性范圍內(nèi)的有機(jī)物排放，進(jìn)一步改善了SOA模擬效果。

回顧在清華的9年漫漫求學(xué)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(cái)富，會(huì)伴隨我一輩子?！壁w斌說。

帶著這些行囊，趙斌一步步走向了科研的更深更遠(yuǎn)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(guó)。

在美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的3年半里，趙斌所做研究既有對(duì)國(guó)內(nèi)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(yīng)對(duì)的范疇。

“氣候變化跟空氣污染這兩個(gè)問題實(shí)際是密切關(guān)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(duì)氣候產(chǎn)生影響。單純只抓一方面，可能會(huì)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?！壁w斌介紹。

在這兩個(gè)問題的關(guān)聯(lián)上，趙斌做了一些探索。與讀博時(shí)的經(jīng)歷類似，他選擇了直面這個(gè)領(lǐng)域中最有挑戰(zhàn)性的問題之一——顆粒物與冰云及深對(duì)流云的相互作用。顆粒物通過影響冰云可對(duì)氣候產(chǎn)生很大的影響，這是人類活動(dòng)影響氣候變化的一個(gè)重要途徑?！暗饲安煌说难芯拷Y(jié)果相互矛盾，這意味著其中有一些關(guān)鍵的物理過程沒有被認(rèn)清，這激發(fā)了我探索的欲望?！壁w斌說。為了解開這個(gè)謎團(tuán)，趙斌嘗試從海量的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)中尋找新的科學(xué)規(guī)律，同時(shí)利用數(shù)值模型對(duì)這些規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證和解釋。最終，他找到了影響顆粒物與云關(guān)系的一些關(guān)鍵因素，這些因素很大程度上決定了顆粒物對(duì)冰云和深對(duì)流云的影響是正是負(fù)，以及影響幅度有多大。以此為契機(jī)，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(lǐng)域公認(rèn)難題的新方法。此前這方面的研究基本是依靠在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)具體的樣品進(jìn)行測(cè)試，可“管窺”，但未必“見豹”，趙斌提出的衛(wèi)星觀測(cè)與模型結(jié)合的方法，為評(píng)估不同類型的顆粒物在真實(shí)復(fù)雜大氣中對(duì)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(guān)聯(lián)，更重要的是提出有效的應(yīng)對(duì)策略。為讓加州能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳中和與空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，趙斌參與了相關(guān)課題的攻關(guān)，在達(dá)成課題目標(biāo)的同時(shí)，他收獲了一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，同樣是實(shí)現(xiàn)碳中和，如果用不同的方式，對(duì)空氣質(zhì)量的影響是很不一樣的。有些可能實(shí)現(xiàn)碳中和了，但對(duì)空氣質(zhì)量的改善很小，有些既實(shí)現(xiàn)了碳中和，同時(shí)空氣質(zhì)量又有很大的提高?！帮@然，后一種途徑雖然直接花費(fèi)的費(fèi)用多一些，但考慮健康收益后，獲得的總體收益遠(yuǎn)高于前一種。關(guān)于污染與氣候協(xié)同應(yīng)對(duì)問題，我們?nèi)栽诔掷m(xù)探索?！壁w斌介紹。

結(jié)束在加州大學(xué)洛杉磯分校的工作后，趙斌在美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）獲得一個(gè)固定崗位，開始了獨(dú)立的科研之路。他在這一時(shí)期將關(guān)注點(diǎn)投向了新粒子生成的模型開發(fā)與建構(gòu)上。回到清華工作后，他對(duì)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(gè)非常關(guān)鍵的過程，因?yàn)樗鼪Q定顆粒物的數(shù)濃度?！巴瑯邮?微克的顆粒物，它可能由許多小顆粒物構(gòu)成，也可能由少數(shù)大顆粒物構(gòu)成，這兩種情況對(duì)于氣候的影響是千差萬(wàn)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(duì)新粒子生成過程的模擬與現(xiàn)實(shí)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(jiǎn)化的處理方式，建立了先進(jìn)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(jìn)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(xué)機(jī)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(xué)家們困惑了很久?！斑@主要是因?yàn)橛炅种兄参锱欧诺挠袡C(jī)物，被深對(duì)流云傳輸?shù)礁呖?，在高空氧化生成揮發(fā)性極低的氣體，進(jìn)而凝結(jié)形成顆粒物?！壁w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(duì)科研很重要，所以想出去感受一下。”當(dāng)初，趙斌懷著這樣的想法出國(guó)。

經(jīng)過在國(guó)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(shí)的他，回國(guó)的想法在心中縈繞，為服務(wù)祖國(guó)，也為了心中的那份歸屬感，趙斌毅然踏上了回國(guó)的征程。

年輕人的使命與擔(dān)當(dāng)

結(jié)束在海外的漂泊，趙斌再次回到曾經(jīng)求學(xué)9年的母校并入職環(huán)境學(xué)院。熟悉的氛圍、可敬的師長(zhǎng)，讓他倍感親切。為讓他順利開展工作，學(xué)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(tuán)隊(duì)，大家在大事上擰成一股繩，團(tuán)結(jié)一心，但在具體的方向上每個(gè)人都保持著相對(duì)的獨(dú)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(zhǎng)，這樣我們做的東西是既有聯(lián)系又有互補(bǔ)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(shù)、外場(chǎng)觀測(cè)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面非常強(qiáng)，而我在大氣污染機(jī)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(zhǎng)，一結(jié)合很容易實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)?！壁w斌介紹。

關(guān)于如何培養(yǎng)學(xué)生，趙斌坦言自己還在摸索中?！拔腋杏X，一定要把學(xué)生放在核心的位置上，教書跟育人是不同的兩個(gè)概念，我們不只是教書，更重要的是育人。尤其對(duì)于博士生，應(yīng)該盡可能地去激發(fā)他們的創(chuàng)造力，鼓勵(lì)他們提出自己的想法。就像我做學(xué)生時(shí)，從老師那里學(xué)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(gè)知識(shí)。我希望這是學(xué)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(jì)劃在環(huán)境學(xué)院本科生品牌性培養(yǎng)項(xiàng)目“全球環(huán)境國(guó)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(xué)機(jī)制，其與環(huán)境的相互關(guān)系，及如何去應(yīng)對(duì)它?！斑@跟我自己做的研究密切相關(guān)，同時(shí)也是現(xiàn)在碳達(dá)峰、碳中和以及建設(shè)人類命運(yùn)共同體背景下全球環(huán)境國(guó)際班乃至全學(xué)院本科生亟需的知識(shí)?！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(yīng)對(duì)開展研究，除立足國(guó)際學(xué)科前沿外，趙斌更關(guān)注國(guó)家的重大需求。他表示中國(guó)PM2.5濃度與世界衛(wèi)生組織的指導(dǎo)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(guó)家所急，尋求這兩個(gè)問題的協(xié)同解決之道。

為實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，趙斌投入到一個(gè)個(gè)項(xiàng)目的攻關(guān)中。在負(fù)責(zé)的一項(xiàng)青年人才項(xiàng)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(shù)值模型，并結(jié)合天地空觀測(cè)大數(shù)據(jù)，探究顆粒物污染成因及其與云和氣候的相互作用機(jī)制。在主持的國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目中，趙斌旨在繼續(xù)自主研發(fā)新粒子生成和生長(zhǎng)三維數(shù)值模型，厘清新粒子生成和生長(zhǎng)的機(jī)制和環(huán)境氣候影響。在參與的公共衛(wèi)生與健康學(xué)科交叉科研項(xiàng)目中，他致力于評(píng)估中國(guó)碳中和與美麗中國(guó)愿景對(duì)全球和區(qū)域氣候變化、空氣質(zhì)量和公眾健康的影響，進(jìn)而探索優(yōu)化的空氣污染和氣候變化協(xié)同應(yīng)對(duì)路徑。在參與的國(guó)家自然科學(xué)基金委大氣霾化學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目中，趙斌作為骨干參與構(gòu)建多相復(fù)合污染數(shù)值模型，提升對(duì)二次顆粒物和臭氧的模擬準(zhǔn)確度，為精準(zhǔn)調(diào)控奠定基礎(chǔ)。

談到未來工作時(shí)，趙斌有一個(gè)大目標(biāo)。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(jī)理模型。這個(gè)模型一方面將應(yīng)用到國(guó)際主流的空氣質(zhì)量與氣候模式中，但更重要的是可以作為未來中國(guó)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(shù)值模型制定，因此趙斌認(rèn)為，先進(jìn)的大氣數(shù)值模式，像大飛機(jī)、集成電路一樣，堪稱大國(guó)重器。過去，我國(guó)在大氣模式的發(fā)展上，長(zhǎng)期處于“跟跑”階段，目前部分方向?qū)崿F(xiàn)了與發(fā)達(dá)國(guó)家“并跑”。實(shí)現(xiàn)與發(fā)達(dá)國(guó)家全面“并跑”并逐漸“領(lǐng)跑”，這一重任落到趙斌這一代青年學(xué)者身上。

“污染控制技術(shù)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。”趙斌清晰地記得賀克斌院士的話?！暗灾餮邪l(fā)國(guó)際領(lǐng)先并廣泛應(yīng)用的大氣模式是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不是一兩個(gè)人，一兩年能夠搞定的，需要長(zhǎng)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(xué)多年，加之在海外的歷練和回國(guó)后的探索，利用數(shù)值模擬和衛(wèi)星觀測(cè)等手段，趙斌在顆粒物的形成機(jī)制、與氣候的相互作用和應(yīng)對(duì)策略等國(guó)際前沿學(xué)科方向進(jìn)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(xiàn)，趙斌榮獲美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)（AGU）的“全球環(huán)境變化青年科學(xué)家獎(jiǎng)”，這一獎(jiǎng)項(xiàng)從全球范圍內(nèi)遴選在獲得博士學(xué)位10年內(nèi)取得突出成就的3名青年科學(xué)家。對(duì)于獲獎(jiǎng)，趙斌以平常心對(duì)待，他說：“獲獎(jiǎng)肯定不能成為人生的主線，其實(shí)它是在你做了一些工作后，給予你的肯定?！笨蒲袩o止境，對(duì)未知的好奇始終牽引著趙斌不懈地向前探索。對(duì)于趙斌，唯有如此，方能靠近心中的科研夢(mèng)想。

立足國(guó)家需求，心懷世界，這是新時(shí)代中國(guó)年輕人的擔(dān)當(dāng)和使命，革故鼎新、開拓共進(jìn)，做科技創(chuàng)新的弄潮者，趙斌已躍躍欲試。

（責(zé)編：李莉）