從大氣顆粒物的測量、控制等多方面展開科研創新

　　日常生活經驗告訴我們，冬季大氣中的顆粒物濃度隨著冬季取暖燃煤量的顯著增多而增高。人為活動排放污染物是顆粒物濃度增加的主因，同時冬季不利的氣象條件也為濃度的增加做了“貢獻”。

　　在清華大學環境學院教授蔣靖坤看來，對大氣污染有效的控制和治理離不開科學研究的理論依據和技術支撐。蔣靖坤帶領的團隊正是從大氣顆粒物的測量、成因、來源和控制等多方面展開了科研攻關與技術創新。

　　在我國北方，冬季采暖季顆粒物污染尤其嚴重。蔣教授表示，控制顆粒物，不僅要控制一次顆粒物的排放，還需要控制二次顆粒物的生成。這是因為，排放自機動車、燃煤、工業活動等的一次污染物中的二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物等氣態污染物還會在大氣中轉化為二次顆粒物，包括硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機氣溶膠。通過大氣顆粒物來源解析可以發現，北京大氣顆粒物中的二次組份可占PM2.5總質量濃度的50%——70%。

　　日常生活經驗告訴我們，冬季大氣中的顆粒物濃度隨著冬季取暖燃煤量的顯著增多而增高。人為活動排放污染物是顆粒物濃度增加的主因，同時冬季不利的氣象條件也為濃度的增加做了“貢獻”。由于冬季氣溫低，易產生逆溫層，使得污染物積累在逆溫層之下的狹小空間，更加重了顆粒物污染程度。正是基于以上背景，蔣靖坤團隊圍繞氣溶膠測量儀器的研發、污染源一次顆粒物的形成與排放、大氣二次顆粒物的成因三個方面展開了一場“藍天保衛戰”。

　　蔣靖坤認為，當前氣溶膠研究領域最重要的使命，乃是如何精確地測量復雜的污染物組分,并揭示其相互影響和轉化的機理。基于京津冀地區污染物來源、成分以及在大氣中化學反應極其復雜的現狀，蔣靖坤團隊從兩個角度入手，一是研發更準確、快速、細致、全方位的測量儀器，二是利用所測量的大量數據進行多維度數據分析、大膽假設與科學求證，用實驗方法及模型計算相結合，將復雜問題抽絲剝繭，并一一解答。

　　在測量儀器方面,蔣靖坤研發了氣溶膠全粒徑譜測量儀、1-3納米氣溶膠粒徑分布測量儀、顆粒物有機組分在線測量儀、微型空氣質量自動監測站和污染源PM10/PM2.5雙級虛擬撞擊采樣器等。其中，1-3納米氣溶膠粒徑分布測量儀、顆粒物有機組分在線測量儀屬于國際前沿技術，完善了氣溶膠領域相關測量方法和儀器。其研制的氣溶膠全粒徑譜測量儀、微型空氣質量自動監測站和污染源PM10/PM2.5雙級虛擬撞擊采樣器等也已經逐步被相關單位應用，為我國大氣細顆粒物污染防控提供了技術保障。

　　“測得快就是要時間分辨率高，捕捉污染物瞬時變化過程；測得細就是不僅要測濃度，還要測粒徑分布、成分組成和形貌等，在變化的過程中對不同污染物精確定位；測得全就是不能有任何疏漏，進而開展全面綜合的研究。”蔣靖坤說。在氣溶膠污染特征方面，蔣靖坤鍥而不舍地利用自主研發儀器及目前國際上先進儀器，對氣溶膠的來源、成因、環境影響等進行了深入細致的研究，終于成果斐然，曾先后獲國家科技進步二等獎、教育部科技進步一等獎和北京市科技進步一等獎，并受邀擔任國際相關領域核心期刊的編輯。

　　放眼國際，蔣靖坤領導的氣溶膠實驗室也保持著測量儀器更為先進的優勢。他們還建立了系統燃燒測試平臺，將粒徑譜儀、顆粒物有機組分在線測量儀、氣溶膠質譜等最先進的測量儀器應用在了各類污染源的實際測量中，包括民用固體燃料燃燒、工業煤燃燒、機動車等。蔣靖坤通過實際測量各類污染源排放情況，指導制定合理的污染物源頭控制措施。比如，在民用固體燃料燃燒排放污染物研究中，他通過實驗測量及模擬，分析了民用煤燃燒過程中顆粒物的階段性排放特征及生成機制。針對燃燒初期污染物大量排放的特征及機理，他通過實驗室控制試驗和外場應用實踐提出了燃料調質(原煤碳化、生物質-無煙煤混燒)和開發新爐具提高燃燒效率兩條控制途徑，從而大幅度降低了民用固體燃料燃燒污染物的排放。這些方法已經在京津冀地區居民散戶中得到應用，并取得了階段性成果。成果為環保部民用燃煤污染物排放相關管理政策的制定提高了科學支撐。

　　“不同污染物之間相互轉化、相互影響，只有瞄準和探究各類污染物在大氣中的變化過程，才能建立更為科學的和精準的污染物控制措施。”蔣靖坤領導的研究團隊使用先進的測量儀器，在北京、上海、林芝等典型污染和清潔大氣環境開展大氣外場觀測，研究大氣二次顆粒物的成因。提出了適用于我國污染大氣環境高顆粒物濃度下高新粒子生成速率的量化公式。與已有歐美方法相比，新公式改進了對新粒子凝并損失的估算。并發現凝并去除效應是北京地區新粒子生成事件的主控因子，這同歐美相關大氣站點的發現有著顯著差異。研究成果將有益于進一步認知我國典型大氣環境中二次新粒子生成現象的特征和機理。

　　隨著現實需求與環境變化，大氣顆粒物污染對人體健康的效應也是擺在科學家面前的難題。蔣靖坤正在進一步提高對污染源一次顆粒物形成和排放的準確認識，并揭示京津冀地區高氣溶膠濃度背景下的大氣二次顆粒物成因，同時通過與其他專業的學者合作，綜合評估顆粒物的環境及健康風險。他在研究氣溶膠理化性質的基礎上，也逐步將目光轉向顆粒物的健康影響上。“一方面要建立氣溶膠健康影響評估方法、研發氣溶膠健康影響測量儀器；另一方面，利用毒理學實驗方法，科學評估我國當前顆粒物的毒性及影響。”蔣靖坤說。

　　人的成長與發展離不開團隊的力量。對蔣靖坤而言，科技新星計劃聚集了一大批優秀的專家學者，北京市科委除了提供必要的科研經費支持之外，還為其搭建了一個與專家學者深入交流的平臺。在項目申報、實施、結題的過程中，北京市科委均組織專家對項目進行考核和指導，這對于項目的順利開展具有重要的指導意義。同時他呼吁：“科技新星項目作為北京市的重要人才項目，可以考慮適當增加支持力度，同時探索新星項目結題后的后續支持機制。”