10大氣復(fù)合污染條件下新粒子生成與二次氣溶膠增長機(jī)制

1、提名國家自然科學(xué)獎項目公示項目名稱大氣復(fù)合污染條件下新粒子生成與二次氣溶膠增長機(jī)制提名專家/提名單位教育部提名單位意見：大氣復(fù)合污染條件下新粒子生成與二次氣溶膠增長機(jī)制是大氣環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域尚 未解決的科學(xué)難題之一，揭示其關(guān)鍵的大氣化學(xué)機(jī)制是我國科學(xué)精準(zhǔn)治理pm25污染 的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。面向大氣污染防治的國家重大需求，研究團(tuán)隊歷經(jīng)20多年的探索， 以“氣態(tài)前體物成核一初始增長一持續(xù)增長一區(qū)域性pm25和霾污染”為主線，聚焦 我國強(qiáng)氧化性、高污染大氣環(huán)境下新粒子生成與二次氣溶膠增長的關(guān)鍵科學(xué)難題，開 展全面系統(tǒng)的科學(xué)研究并取得突破，形成了具有國際先進(jìn)水平的一系列科研成果： （1）率先發(fā)現(xiàn)了我國高污染、

2、強(qiáng)氧化性大氣條件下高頻率發(fā)生的新粒子生成事件， 揭示了我國大氣復(fù)合污染條件下獨特的新粒子生成和增長機(jī)制。（2）構(gòu)建大氣污染演 變過程中各種二次轉(zhuǎn)化途徑的解析方法，提高了二次轉(zhuǎn)化對細(xì)顆粒物污染貢獻(xiàn)的系 統(tǒng)認(rèn)識。（3）揭示了我國重霾形成的主要過程和重要機(jī)制，厘清化學(xué)過程和氣象過程 對其形成的協(xié)同作用。項目完成人在我國最早開展新粒子生成研究，引領(lǐng)了我國新粒子生成與二次轉(zhuǎn)化 機(jī)制的探索。8篇代表性論文SCI他引1012次，其中PNAS文章是ESI高引和熱點 文章。研究團(tuán)隊積極參與科技支撐我國空氣質(zhì)量管理決策，推動了我國大氣監(jiān)測能力 的全面提升。在近年來國家重大研究計劃中，新粒子生成和二次氣溶膠增長機(jī)制

3、均被 列為重要科學(xué)問題和核心研究內(nèi)容之一。部分研究成果獲2018年度教育部自然科學(xué) 獎一等獎。對照國家自然科學(xué)獎授獎條件，我部決定提名該項目為國家自然科學(xué)獎二等獎。項目簡介：我國正面臨著嚴(yán)重的pm25和霾污染問題，新粒子生成與二次氣溶膠形成和增長 是其發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵大氣化學(xué)過程，也是目前國際大氣環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域尚未解決的科 學(xué)難題。而在我國大氣復(fù)合污染條件下，新粒子生成與二次氣溶膠形成和增長機(jī)制則 更為復(fù)雜，更具挑戰(zhàn)性。面向國家大氣污染防治的重大科技需求，研究團(tuán)隊歷經(jīng)20多年的探索，以“氣 態(tài)前體物成核一初始增長一持續(xù)增長一區(qū)域性PM2.5和霾污染”為主線，取得了一系 列方法學(xué)突破和理論創(chuàng)新，豐

4、富了大氣環(huán)境化學(xué)理論，提高了我國在大氣化學(xué)領(lǐng)域的 國際學(xué)術(shù)地位，提升了對污染地區(qū)大氣成核和二次轉(zhuǎn)化機(jī)制的科學(xué)認(rèn)識。在PNAS. EST等國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表文章百余篇，其中8篇代表性論文SCI他引1012次。 項目完成人于2009年出版專著一部，較早系統(tǒng)地論述了我國細(xì)和超細(xì)顆粒物的來源 與形成機(jī)制，被大氣環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究人員作為專業(yè)教學(xué)參考書廣泛采用。取得的主 要突破性成果如下：（1）率先發(fā)現(xiàn)了我國高污染、強(qiáng)氧化性大氣條件下高頻率發(fā)生的 新粒子生成事件，揭示了我國大氣復(fù)合污染條件下獨特的新粒子生成和增長機(jī)制。 在國際上首次將新粒子生成與重污染過程相聯(lián)系，證實了強(qiáng)氧化性驅(qū)動下新粒子生 成是區(qū)域

5、細(xì)顆粒物污染的重要來源。（2）構(gòu)建大氣污染演變過程中各種二次轉(zhuǎn)化途 徑的解析方法，提高了二次轉(zhuǎn)化對細(xì)顆粒物污染貢獻(xiàn)的系統(tǒng)認(rèn)識。在國內(nèi)首次報道 了影響有機(jī)氣溶膠地球化學(xué)循環(huán)的氧碳比、總有機(jī)物/總有機(jī)碳比值和半揮發(fā)性等關(guān) 鍵參數(shù)，成為同行研究有機(jī)氣溶膠生成、老化與傳輸?shù)闹匾獏⒈纫罁?jù)?；诟叻直鏆?溶膠質(zhì)譜解析，提出城市大氣中新鮮生成SOA 一鄉(xiāng)村大氣中新鮮SOA繼續(xù)老化一 SOA老化過程以分子增加羧基為主的二次有機(jī)氣溶膠生成特征。（3）揭示了我國重 霾形成的主要過程和重要機(jī)制，厘清化學(xué)過程和氣象過程對其形成的協(xié)同作用。發(fā) 現(xiàn)高效的顆粒物核化和持續(xù)快速的爆發(fā)性增長是我國重霾形成的主要原因；同時，快

6、速的二次顆粒物生成影響大氣穩(wěn)定度、削弱污染物濃度和氣象條件的日變化，污染和 氣象條件之間的相互作用一步加劇了我國重霾的形成；提出有針對性的控制氣態(tài)前 體物是北京治霾的關(guān)鍵。研究團(tuán)隊是一支具有國內(nèi)外影響力的隊伍，包括杰青/長江教授1名，國家基金 委優(yōu)青項目獲得者1名，“青年千人” 2名。團(tuán)隊成員擔(dān)任國際大氣科學(xué)領(lǐng)域重要 期刊主編和副主編，擔(dān)任世界氣象組織全球大氣觀測網(wǎng)氣溶膠科學(xué)咨詢組委員，是首 批全國高校黃大年式教師團(tuán)隊核心成員。研究團(tuán)隊建設(shè)并長期運(yùn)行大氣污染超級觀 測站，積極參與并推動“中國大氣污染超級觀測站聯(lián)盟”的建設(shè)，推動我國大氣監(jiān)測 能力的全面提升，支撐國家空氣質(zhì)量管理決策?？陀^評價:主

7、要第三方評價如下：（1）對大氣復(fù)合污染條件下新粒子生成與增長機(jī)制研究工作的評價高污染、強(qiáng)氧化性大氣復(fù)合污染條件下新粒子生成機(jī)制的一系列研究成果發(fā)表 于國際大氣科學(xué)領(lǐng)域重要期刊 Atmos. Chem. Phys., Geophys. Res. Lett, J. Geophys. Res., Atmos. Environ.等。代表性論文2和3是我國最早系統(tǒng)表征污染地區(qū)大氣新粒子生成 事件的文章，被國際大氣科學(xué)領(lǐng)域作為區(qū)別于清潔環(huán)境新粒子生成的典型案例廣泛 引用（代表性引文3），代表性論文3也被環(huán)境健康研究方向跨領(lǐng)域引用（代表性引 文4）。項目完成人出版的北京大氣細(xì)粒子和超細(xì)粒子理化特征、來源及形

8、成機(jī)制 （科學(xué)出版社，2009年）（證明材料1），是我國較早系統(tǒng)論述細(xì)和超細(xì)顆粒物的來源 與形成機(jī)制的專著，作為高校和研究所環(huán)境科學(xué)等專業(yè)教學(xué)參考書，受到大氣環(huán)境科 學(xué)研究人員的一致好評。（2）對二次轉(zhuǎn)化途徑的解析方法研究工作的評價美國麻省理工學(xué)院Cohen教授等人在為全球模型開發(fā)新型城市大氣氣溶膠二次 生成模塊的文章中重點引用了兩組高精度數(shù)據(jù)來驗證模型，其中一組來自于項目完 成人的北京奧運(yùn)期間的SOA解析文章（代表性論文5），Cohen教授等評價這是“a set of very well characterized measurements”（代表性引文 5）。Canagaratna et

9、al.（代表 性引文6）引用了代表作6及完成人的其他4篇文章來確定全球有機(jī)氣溶膠的化學(xué)構(gòu) 成及其大氣老化特征和氧化機(jī)制。（3）對我國大氣重霾污染形成的主要過程和重要機(jī)制研究工作的評價重霾形成機(jī)制的研究發(fā)表在Proc. Natl. Acad. Sci.（代表性論文1）,被ESI評為 高引論文（Highly Cited Paper，top 1%）和熱點論文（Hot Paper，Top 0.1%）。該研究 成果被Nature文章（代表性引文1）和最近發(fā)表的Science文章（代表性引文2）以 及 3 篇 Science Advances（ 2016, 2（12）: e1601530;2017,3（3

10、）: e1601749; 2017,3（7）: e1700300）和Reviews of Geophysics（2016, 54（4）: 866-929）引用，被認(rèn)為增進(jìn)了對于 污染地區(qū)新粒子生成物理化學(xué)機(jī)制的理解。代表性論文7被認(rèn)為是我國較早指出大 氣pm25硫酸鹽來自于燃煤排放SO2經(jīng)過二次轉(zhuǎn)化所造成的代表性研究被引用（代表 性引文7）。美國德州農(nóng)機(jī)大學(xué)的Donnelly et al.（代表性引文8）引用完成人的代表 作8來闡述供暖、氣象等因素對北京空氣污染季節(jié)變化的重要影響。項目完成人被Chem. Rev.邀請合作發(fā)表納米顆粒物生成與增長機(jī)制的綜述文章 （證明材料5），受國際著名科學(xué)家M

11、arkku Kulmala教授的邀請共同撰寫新粒子研究 進(jìn)展的展望文章（ACP, 2018. 18（19）: 14737-14756）。受 Sci. Total Environ和 Natl. Sci. Rev.邀請分別撰寫關(guān)于我國新粒子研究進(jìn)展（STOTEN, 2017, 577: 258-266）和我國京 津冀地區(qū)顆粒物來源解析與顆粒物污染治理對策的綜述文章（NSR, 2015, 2（3）:257- 258）。第一完成人受邀擔(dān)任J. Aerosol Sci主編（證明材料2）、國際重要學(xué)術(shù)刊物Atmos. Environ.、Tellus B和國內(nèi)核心刊物科學(xué)通報、化學(xué)學(xué)報和環(huán)境科學(xué)學(xué)報編 委，

12、任世界氣象組織全球大氣觀測網(wǎng)氣溶膠科學(xué)咨詢組委員（WMO GAW-SAG）（證 明材料3）。IGBP-SOLAS、IGBP-iLEAPS、IGBP-IGAC和ABC等國際科學(xué)計劃中國 工作組成員。第四完成人受邀擔(dān)任Atmos. Envir。的副主編（證明材料4）。對二次氣 溶膠增長機(jī)制的評價第一完成人被邀請在2014年國際氣溶膠會議（IAC，每4年一 次）上做Keynote發(fā)言和2017年亞洲氣溶膠大會（AAC，每2年一次）上做主旨發(fā) 言（證明材料6）。項目完成人分工合作，聯(lián)合攻關(guān)，形成具有國內(nèi)外影響力的“顆粒物來源解析及 環(huán)境影響”研究團(tuán)隊，包括杰青/長江教授1名、國家基金委優(yōu)秀青年獲得者1

13、名、 青年千人2名。項目第一、二、四完成人是首批全國高校黃大年式教師團(tuán)隊核心成 員。第一完成人致力于中日韓大氣污染物跨界輸送問題的研究，2018年被授予中日 韓三國環(huán)境部長頒發(fā)的“中日韓環(huán)境合作20年特別貢獻(xiàn)獎”。2016年第一和第二完 成人分別獲得了國家環(huán)境保護(hù)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍人才和青年拔尖人才。研究團(tuán)隊長期在 奧運(yùn)會、亞運(yùn)會、大運(yùn)會、APEC、G20峰會、世博會等重大活動的空氣質(zhì)量保障、 我國重點區(qū)域重污染過程應(yīng)急與成因分析中發(fā)揮積極作用（證明材料7, 8）。積極推進(jìn)我國空氣質(zhì)量改善。pm25首次納入新修訂的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，源解析 工作作為環(huán)保部實施大氣“國十條”的首要任務(wù)。項目完成人承擔(dān)并完

14、成了 2014年 環(huán)保部首批9個城市PM25源解析任務(wù)中的2個（寧波和深圳）。第一完成人作為環(huán) 保部全國重點地區(qū)城市大氣污染物來源研究工作小組成員，具體培訓(xùn)和指導(dǎo)多個城 市大氣pm25源解析工作。第三和第五完成人負(fù)責(zé)的深圳市大氣pm25來源解析研 究項目獲得2016年度廣東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)一等獎（證明材料9、10）。科技支撐深圳在全國特大城市中率先實現(xiàn)達(dá)標(biāo)。項目第三和第五完成人依托北 京大學(xué)深圳研究生院的長期定位觀測站，自2000以來持續(xù)開展大氣顆粒物來源和二 次轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究，為深圳市政府制定PM2 5防治措施和出臺大氣環(huán)境質(zhì)量提升計 劃提供了關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù)，深圳市PM2.5于2014年在

15、全國特大城市中率先實現(xiàn)達(dá) 標(biāo)，空氣質(zhì)量處于全國副省級以上城市最優(yōu)水平（2018年P(guān)M2.5年均值已降至26微 克/立方米，接近歐盟標(biāo)準(zhǔn)），取得了顯著的環(huán)境與社會效益，并因此獲得了 2017年 度深圳市科技進(jìn)步一等獎深圳市空氣質(zhì)量改善關(guān)鍵支撐技術(shù)研究（證明材料11）。項目完成人在我國最早并長期持續(xù)開展的新粒子生成研究，弓I領(lǐng)了我國大氣復(fù) 合污染條件下新粒子生成與二次轉(zhuǎn)化機(jī)制的探索，開辟了污染地區(qū)大氣化學(xué)研究的 一個新的方向。近年來國家立項的重大研究計劃，新粒子生成和二次氣溶膠增長機(jī) 制均被列為重要科學(xué)問題和核心研究內(nèi)容。科技部“大氣污染成因與控制技術(shù)研 究”、基金委重大研發(fā)計劃“大氣復(fù)合污染形成

16、的物理和化學(xué)過程及控制的關(guān)鍵技 術(shù)原理與應(yīng)對機(jī)制”、“大氣重污染成因與治理攻關(guān)項目”，分別大力資助新粒子 致霾機(jī)制研究及測定新粒子高精尖技術(shù)設(shè)備的研發(fā)。代表性論文專著目錄：1、論文名稱：Elucidating severe urban haze formation in China/刊名：PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA/作 者：Song Guo, Min Hu, Misti L. Zamora, Jianfei Peng, Dongjie Shang, Jing Zh

17、eng, Zhuofei Du, Zhijun Wu, Min Shao, Limin Zeng, Mario J. Molina, and Renyi Zhang年卷頁碼：2014(111): 17373-17378/發(fā) 表時間：2014-12/通訊作者：胡敏，張人一,Mario J. Molina/第一作者：郭松/ SCI他引次數(shù)： 391次/包含國外單位2、論文名稱： New particle formation in Beijing, China: Statistical analysis of a 1-year data set刊 名： JOURNAL OF GEOPHYSICAL

18、RESEARCH-ATMOSPHERES作 者：Zhijun Wu, Min Hu, Shang Liu, Birgit Wehner, Stefan Bauer, Andreas Ma Bling, Alfred Wiedensohler, Tuukka Petaja, Miikka Dal Maso, Markku Kulmala/年卷頁碼：2007(112): D09209發(fā)表時間：2007-05/通訊作者：胡敏 /第一作者：吳志軍/ SCI他引次數(shù)：96次/包含國外單位3、論文名稱： Particle number size distribution in the urban atmo

19、sphere of Beijing, China/刊名： ATMOSPHERIC ENVIRONMENT作 者：Zhijun Wu, Min Hu, Peng Lin, Shang Liu, Birgit Wehner, Alfred Wiedensohler/年卷頁碼：2008(42): 7967-7980/發(fā)表時間：2008-11/通訊作者：胡敏/第一 作者：吳志軍/ SCI他引次數(shù)：114次/包含國外單位4、論文名稱： Size-resolved aerosol water-soluble ionic compositions in the summer of Beijing: impl

20、ication of regional secondary formation 刊名：ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS /作者:Guo, S., Hu, M., Wang, Z.B., Slanina, J., Zhao, Y.L. /年卷頁碼:2010(10):947-959 /發(fā)表 時間：2010-2 /通訊作者：胡敏/第一作者：郭松/ SCI他引次數(shù)：94次/包含國外單位5、論文名稱： Highly time-resolved chemical characterization of atmospheric submicron particles dur

21、ing 2008 Beijing Olympic Games using an Aerodyne High-Resolution Aerosol Mass Spectrometer/刊 名：ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS作 者：X.-F. Huang, L.-Y. He, M. Hu, M. R. Canagaratna, Y. Sun, Q. Zhang, T. Zhu, L. Xue, L.-W. Zeng, X.-G. Liu,Y.-H. Zhang, J. T. Jayne, N. L. Ng, and D. R. Worsnop/年卷頁碼：2010

22、(10):8933-8945/發(fā)表時間：2010-9/通 訊作者：何凌燕/第一作者：黃曉鋒/ SCI他引次數(shù)：87次/包含國外單位6、論文名稱：Submicron aerosol analysis and organic source apportionment in an urban atmosphere in Pearl River Delta of China using high-resolution aerosol mass spectrometry / 干寸名：JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-ATMOSPHERES 作者：Ling-Yan He, X

23、iao-Feng Huang, Lian Xue, Min Hu, Yun Lin, Jun Zheng, Renyi Zhang, and Yuan-Hang Zhang/ 年卷頁碼： 2011(116):D12304/發(fā)表時間：2011-6/通訊作者：黃曉鋒/第一作者：何凌燕/ SCI他引次數(shù)： 69次/包含國外單位7、論文名稱：Seasonal variation of ionic species in fine particles at Qingdao, China/干寸名： ATMOSPHERIC ENVIRONMENT/作 者：Min Hu, Ling-Yan He, Yuan-H

24、ang Zhang, Min Wang, Yong Pyo Kim, K.C. Moon /年卷頁碼：2002(36):5853-5859/發(fā)表時間：2002-12 /通訊作者：胡 敏/第一作者：胡敏/ SCI他引次數(shù)：95次/包含國外單位8、論文名稱：Seasonal pollution characteristics of organic compounds in atmospheric fine particles in Beijing/刊名：SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT作者：Ling-Yan He, Min Hu, Xiao- Feng Huang,

25、 Yuan-Hang Zhang, Xiao-Yan Tang/年卷頁碼：2006(359):167-176/發(fā)表時間： 2006-04/通訊作者：胡敏/第一作者：何凌燕/ SCI他引次數(shù)：66次/不包含國外單位主要完成人情況:胡敏，排名1,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室（北京大學(xué)）分室主任， 教授，工作單位：北京大學(xué)，完成單位：北京大學(xué)，是該項目主要負(fù)責(zé)人，是科學(xué)發(fā) 現(xiàn)第一、二、三點的主要貢獻(xiàn)者，是代表性論文1，2, 3, 4, 8的通訊作者以及代表 性論文7的第一和通訊作者，是代表性論文5, 6的共同作者。吳志軍，排名2，研究員，工作單位：北京大學(xué)，完成單位：北京大學(xué)，是該項目 主要完成人，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)第一、三點的主要貢獻(xiàn)者，是代表性論文2, 3的第一作者， 是代表性論文1的共同作者。何凌燕，排名3,教授，工作單位：北京大學(xué)深圳研究生院，完成單位：北京大學(xué) 深圳研究生院，是該項目主要完成人，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)第二、三點的主要貢獻(xiàn)者，是代表 性論文5的通訊作者，是代表性論文6、8的第一作