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南京大学大气科学学院院长丁爱军:

为大气污染“画像”

2020-01-28 09:27:22  来源:光明日报

  丁爱军团队在飞艇试验现场合影。资料图片/光明图片

  【新春走基层·知识分子新期盼】

  2019年年末,在南京大学上空流连数月的飞艇“大白鲸”,在履行科学使命的同时,也在全南京收获了一众“迷弟迷妹”。这只人见人爱的“白胖子”,学名叫“大载荷系留型浮空器”,俗称飞艇,是南京大学大气科学学院院长丁爱军教授牵头的首批国家重点研发计划“大气专项”——“我国东部沿海大气复合污染天空地一体化监测技术”中用来做科学试验的探测平台。

  2012年6月南京出现的“黄泥天”和2013年年底全国范围内大面积雾霾,让丁爱军及其团队感到震撼,到底是什么原因导致污染能够短时间内积累到如此严重的程度并且长时间难以消散?他们利用气象学与环境化学交叉学科的优势,基于观测和计算机模拟,揭示出大气中黑碳气溶胶的“穹顶效应”,这一成果被美国双周刊科学新闻杂志Science News撰文报道,在国际上引起强烈反响。“柴油、秸秆等不完全燃烧产生黑碳,因为大气中有黑碳气溶胶的存在,吸收太阳辐射,把能量滞留在大气中,最后的结果就是静稳天气变得更稳定,使得城市污染排放被限制在更低高度。譬如,同样的排放强度,原来污染可以到达1公里的高度,现在就只有500米,那么地面的污染浓度就翻倍了。如果我们优先减排黑碳,可以让气象条件变得更好,使得污染减排可以‘事半功倍’。”丁爱军解释道。

  这一发现也让丁爱军更加确信,污染不仅聚集在地面,同时也在不同的气象条件下,可以在垂直方向上以及水平方向更大空间尺度上发生双向交互作用,而立体探测是认识这些复杂的物理化学过程相互作用的关键。因此,2016年,他负责启动了“我国东部沿海大气复合污染天空地一体化监测技术”项目,2019年冬季这次为期近60天的大型观测试验则是该项目最后一次“大会演”和“大集成”。

  系留飞艇是这次试验的核心平台,它摆脱了地面测量系统的限制,可以进入到高空,对空气上方的各项数据进行测量。相对于快速掠过的飞机,它最大的优势就是滞空性能,可以停在空中,通过一个点上的上下移动,给大气作“切片”。

  如果在近处看到飞艇,就会发现它的下方有一个吊篮,这只吊篮里搭载着的是200多公斤重的先进的气溶胶质谱仪等,用来测量大气中包括PM2.5在内的空气污染物的化学组分以及影响PM2.5生成的气体成分,这些数据将会为揭示污染成因提供非常重要的资料。

  除了飞艇之外,这次试验还有多架飞机、无人机、海洋科考船、地面和高山站,分别在从京津冀到长三角的整个东部地区以及渤海、黄海和东海等地开展观测,获得了高质量的第一手科学数据,有望更好地认识我国东部秋冬季节大气复合污染的成因,为大气污染防治提供科学支撑。

  1月23日,农历小年夜晚上8点,丁爱军还在实验室里忙碌。如今,外场试验部分已经初步结束,他正在把大气探测实验数据进行集成和深入分析,以期为大气污染防治提供更全面的技术支持和更科学、精准的治理方案。

  丁爱军说,这个项目用的是当前最先进的探测技术和计算机模型,并且将二者有机结合,可以揭示很多以前从未认识的新机理。这些新的认识以及据此发展的新技术,不仅对我国当前大气复合污染防治有用,也可以帮助其他国家尤其是“一带一路”国家的大气污染防治以及防灾减灾。

  (记者 苏雁)

编辑:郝丹

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