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美高梅游戏平台网站:雾霾的形成机制对我们的

2016年12月23日,北京,上一波重度雾霾天气散去后的第二天,下一波雾霾天气的前一天,因为有风,让人感觉有些冷,姚强坐在清华大学热能工程系的办公室里,不时需要与过敏性鼻炎做一下斗争,纸巾不断从抽纸盒被转移到废纸篓。他经常跟人开玩笑说:“我这鼻炎始终好不了,和北京这雾霾天气有很大的关系。”

公众不熟悉的抗霾战场

姚强关注空气质量,经常会在微信朋友圈“播报”自己所在城市以及其他几个国际、国内都市的空气质量指数,这个习惯他已经坚持了很长一段时间。进入2016年12月份以来,“播报”频率进一步提升了,每天至少早晚两次,很多时候还要进行“插播”,附带着“风”“严控有效?”“仅几小时,北京从优进入重度污染”等短评。

这种长久的关注出于两方面原因:作为普通大众一员,他在意自己的生活环境是否良好;作为973项目“化石燃料燃烧排放PM2.5源头控制技术的基础研究”的首席科学家,雾霾与他的工作息息相关。不过,在姚强看来,雾霾与工作的相关性是间接的,“我们研究的是烟囱之前的事情,烟囱之后发生了什么,我们并不研究,但是会关注,雾霾的形成机制对我们的研究有影响,因此我试着去理解究竟发生了什么”。

为了方便向外人阐述,他会用一个“水箱模型”解释雾霾天气的形成,以及他工作的意义。“如果把空气环境比作一个水箱的话,它里面本身有一定量的水,大气流动会导致不停地有新的水流进来,同时有部分水流出去,与此同时,还会额外有一部分污染物排进去,这污染物可以是颗粒态的,就是一次颗粒物,也可以是气态的。我们能够很容易观察到的,是这个水箱里的浑浊程度,一会儿浑浊了,一会儿不浑浊了,也就是雾霾来了又走、走了又来的现象。但究竟发生了什么让它浑浊呢?有几个变量需要注意,第一,在污染物排量一定的情况下,如果水流进、流出的速度快,就可以让水箱里的浊水浓度保持在一个很低的水平,而如果水流速度慢了,浊水浓度就会升高;第二,水箱本身的参数会发生变化,如温度变化可能会影响排入的气态污染物向颗粒物的转化,还可能影响水箱里水的流动状态、水的总量等等,比如逆温现象可以看作大大减小水箱的高度和体积,导致在同样的污水量时,容纳的水量变少了,水箱内的浑浊度就迅速上升;第三,流入的水中可能包含一定量的浊水;第四,污染物的排量。要想降低水箱浑浊程度,可以从以上四个方面入手,回到我们的真实生活中,降低雾霾浓度也可以从这几个角度考虑:让大气流动快一些、控制空气中二次颗粒物形成、颗粒物扩散的气候条件、减少外部污染物入境、控制颗粒物及颗粒物前体物的排放量。其中,前三项都和气候环境有关,我们目前基本上无能为力,所以最重要的,就只剩下减少污染物的排放了。这正是我们在努力做的事情。”

相比于首席科学家的称呼,姚强更愿意被定位成一名工程师:“我是学工程出身的,现在做的也都是一些工程技术方面很具体、很细节性的研究……我们会研究燃烧过程中会形成哪些颗粒物、二次颗粒前体物,这些颗粒物和前体物的成分如何等,其中前体物主要包括氮氧化物、二氧化硫、氨气、挥发性有机化合物等等,同时研究这些东西在燃烧过程中究竟是如何形成的,如何通过改变燃烧方式和燃烧条件去减少它们。”

当然,燃烧过程设计得再精巧,也不可能完全杜绝污染物的产生,所以姚强团队的另一项任务,是如何在这些污染物进入到大气之前进行拦截,他们试图通过多种物理场、化学场的耦合,把它们捕获下来。这是一个更为精细的工作,比如他们会研究在脱硫塔中如何布置液雾才能够让其与污染物更充分地相互作用。“最近,我有个学生发现,这个领域很多国际上通用的公式考虑得不够仔细,对于脱硫塔这样的复杂系统无法获得正确的预测。具体来说,液滴到底是怎么捕获细颗粒物的,需要科学的计算与预测,原来的预测公式没有考虑到液滴下落过程中的形变和内部流动等的影响。实际上,它们在下落过程中不是球型的,这对整个捕获过程有很大影响。再有,液滴在下落时会与空气发生作用,让它的内部产生流动,这也是之前的公式没有考虑到的。我们的研究修正了这些公式,可以更正确地预测效果,同时为如何改进设计和运行提供了依据。”

“还有很多类似的这种细节需要专门研究。在外人看来,这些东西都属于细枝末节,但其实它们能够在很大程度上提高污染物捕获效率。”

公众不知道的抗霾故事

现在看,姚强对雾霾天气的形成与治理,已经有了一套自己的认知体系。但他坦言,最初刚刚接触燃烧污染控制时,也是一头雾水,“刚起步时不是很拿得准,很多专业名词也不能那么准备地把握”。他口中的“刚起步时”,是指1999年。

其实,姚强的教学与科学研究生涯始于1986年,当年8月份他开始在浙江大学能源工程系担任助教,至今已经年满30年。但是,这30年可以很明确地区分为前后两个阶段。前一阶段从1986年到1999年1月,他研究燃烧理论与技术,简单来说,就是想办法提高燃料的燃烧效率。后一阶段转投到燃烧污染控制理论与技术领域,是因为1999年2月他回到自己的本科和硕士的母校清华大学任教,开始寻找新的研究方向;而在20世纪90年代,中国人开始重视环境问题,因为酸雨肆虐,燃烧污染物成为了受关注对象,于是姚强想是不是可以在这方面做一些尝试。“后来很多人问我为什么转做燃烧污染的形成与控制,我开玩笑说我们这一行其实都有负疚感,这些污染物毕竟都是燃烧产生的嘛……如果我们把源头控制好了,也就没那么多事了。”

“当时阅读了很多文献,发现研究二氧化硫和氮氧化物的人比较多,而细颗粒这块研究很少,恰好当时环境界对可吸入颗粒物的关注度开始有所上升,所以就开始申请这方面的研究基金。”

在转轨阶段,2002年5月20~22日举行的第183次香山科学会议给姚强留下的印象特别深。香山科学会议瞄准基础研究的科学前沿问题与我国重大工程技术领域中的科学问题,试图创造宽松的学术交流环境,促进学科交叉与融合,推进整体综合性研究,这次会议的主题为“可吸入颗粒物的形成机理和防治对策”,姚强、中国环境监测总站的魏复盛院士、中国预防医学科学院的徐立大教授三人,被聘请担任会议的执行主席。魏复盛院士是国内最早从事PM2.5和PM10监测和进行大气污染与健康相关性研究的学者,当时已经取得了很多、很详实的数据性成果。姚强之所以认为这次会议非常重要,是因为它可以作为我国针对雾霾问题进行多学科交叉研究的起点。在此之前,虽然大气环境、预防卫生、污染物控制、气象学、燃烧学等各学科都从不同的角度关注这个问题,“但大家都囿于自己的研究领域,互相交流不足,其实当时已经有了很多研究成果,但互相知道得不多(阻碍了研究工作的深入推进)”。

这次会议结束后,参会专家们觉得雾霾问题研究有必要作为一个重大科学研究项目去推进,决定联合向科技部建议将可吸入颗粒物的研究工作纳入到国家973计划中。“这是一个多学科交叉的领域,当时讨论后形成了比较明确的意见,应该以源头控制为主,在能源领域立项,项目名称为‘燃烧源可吸入颗粒物形成与控制技术的基础研究’,同时应该吸收搞环境的学者,大家共同来做。”从研究团队来看,这个项目的阵容相当豪华,姚强担任首席科学家,由当时的清华大学环境学院郝吉明教授等一批优秀学者担任课题组组长,汇集了一大批来自清华大学热能系、清华大学环境学院、北京大学环境科学与工程学院以及中国环境科学研究院、华中科技大学、东南大学、天津大学的学术精英。

“当时把PM10作为了最重要的研究方向。但等到2005年、2006年的时候,项目组强烈地意识到,对于PM10的研究,核心是PM2.5,一方面,燃烧源导致的PM10里有百分之七八十是PM2.5,另一方面,空气中PM2.5浓度与人体健康的相关度最高。所以到2008年这个973项目结束时,我们就提出来应该继续做更深入的研究。”

然而,外部支持却没有如他们期望而至。当年,学术界虽然已有不少的研究,国外也关注中国的雾霾问题,但国内的关注度并不高,甚至对一些相关的国际报道嗤之以鼻,还闹出了外国运动员因戴口罩参加北京奥运会激怒国民而被迫道歉的剧目。“当时很多人不理解,说你们刚做完PM10,又要开始做PM2.5,还有完没完了”,姚强笑得有些苦涩。此后三年,虽然每年都会递交建议书,但迟迟没有获准立项。“我们当时做了大量的科普工作,做讲座啦、交流啦,让大家知道这件事情有多重要。我们这个团队的几个牵头负责人让我非常感动,虽然已经没有了资金方面的支持,但大家都没有承担其他项目,一直在继续做PM2.5的相关研究,都坚信它一定会继续得到支持。”

新的“曙光”出现在2011年。这一年,国内公众第一次大规模地关注PM2.5问题,科技部也开始高度重视这一研究,新的973项目终于获得政府部门的资助,这就是目前正在进行的“化石燃料燃烧排放PM2.5源头控制技术的基础研究”项目。

公众要相信的抗霾前景

随着2017年到来,姚强说他的压力开始变大。“我们这个项目已经做了5年,2017年要结题。现在就怕别人质问,说怎么研究了半天,花了那么多钱,也没见有什么明显的效果啊!”

“其实我们973项目的主要目的是认识科学规律,把科学原理搞清楚,提出控制污染物的方法与技术。这些方法与技术从被提出到能解决现实问题,还涉及四个方面:一是标准的制定,二是技术的实施,三是标准的执行,四是监测和管理。整个过程需要政策、法律、公众认知、污染企业等多个方面的匹配。说实在的,这些问题让我们很痛苦,这已成为一个受到高度关注的事情,同时人们对于问题解决的难度又理解不足,一旦雾霾出现,对科学家、政府都是一片质疑。其实,这十几年来,正是多方面的支持和努力,才让我们保持了现在的情形。”

姚强不认为治理雾霾是件可以毕其功于一役的事。在2016年10月份上述973项目2016年度学术研究会结束时,姚强曾简短地评价道:“雾霾和PM2.5的形成与控制远比大家想象的复杂,人们总是希望冒个泡,睁开眼睛问题就解决了。很遗憾,没有这样的技术存在,雾霾的解决取决于老老实实的研究和实实在在的开发,需要全面多元的努力,经过长时间的持续努力才能彻底解决。很为这个连续奋斗15年的团队而骄傲!踏实的基础研究带来的不仅是成果,而且是希望。”

等到12月份接受记者面对面采访时,他的希望与信心似乎又增强了几分。这种良好的心态,不仅来自背后靠谱的团队,还有另外两个方面。

美高梅游戏平台网站,其一,雾霾已经引起了国人前所未有的重视。姚强多次强调,“很多事情,公众的理解和需求是非常重要的”。公众的需求会给政府、给相关企业带来压力,让事情朝着更好的方向发展。

“大型发电企业社会责任意识的增强是一个很好的例子。回顾2008年我国第一次大规模组织电厂实施烟气脱硫时,发电企业当时还不很理解,工程实施时也不认真做。因为这个原因,2011年新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)发布时,很多同行和企业都认为标准定得太超前、太严格了,电力企业肯定做不到。然而,后来发电企业的表现让我们所有人都感到吃惊,2013年的时候它们开始主动开发超低排放技术,比国家规定的排放标准又下降了一大截。这件事非常有意思,以前环保工作都是由政府部门推动,而现在电力企业已经完成了从被动接受到主动出击的转变。我觉得,这跟我们公众意识的觉醒有很大的关系。”

其二,姚强对科研力量中的新生代有信心。他曾在朋友圈发出感慨:“对未来我总是保持乐观的原因就在于此,30年的教书生涯,学生从60后到90后都有,现在又有了00后的学生进入了大学校园,他们的表现会超过你的期待,并给你惊喜。” 面对这些30年、40年之后的决策者、企业家,面对这些未来的希望,他总是充满热情。他的学生评价说:教授对待学生很用心,也很随和,比较关心学生的听课心得,并鼓励他们自由提问。

2016年12月30日,姚强完成了该年度教学任务中的最后一堂课,随后他总结道:“让我高兴的是2016年最后一个工作日的最后一项工作是在课堂上度过,感谢能源实验室2016年级的同学们给我这样的机会,与他们共同讨论能源带来的环境安全问题及能源技术创新。课后同学们的问题让我惊喜,未来能源问题的解决,需要来自于科学家和工程师的疯狂想法与办法,来自于全社会每个人的疯狂支持。未来的工程师们,他们的研究可能会改变我们的存在,他们的发明可能会改变我们的生活,他们的设计可能会改变我们的环境,他们的工程可能会改变我们的命运!”

走出清华大学热能系的办公楼,右转,沿着清华路走十几步便是清华园牌坊。若是秋高气爽的时节,路两边银杏树叶落了一地,煞是漂亮,在冬天多少显得有点萧瑟。我们却不敢奢望太多,蓝天能够多留几天便知足。我们不想参与更多无畏的争论,只是像盼望来年的银杏树叶一样,盼望姚强教授、他的同事们、学生们的工作能够步步推进,争取能再快一些,让我们早日度过这段避无可避的艰难时期。我想,这也是姚强的心愿吧,“不负工作,不负卿”!

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