谢谢，大家早上好。非常荣幸有机会年会作特邀报告，我今天要介绍的是我们国家中长期的大气细颗粒物污染控制方面的一些研究信息。
首先是基本背景。我们知道，环境问题，特别是大气环境问题，已经成为我们国家现阶段社会经济发展的一个重要影响因素，但从80年代以来，改革开放30年，中国曾经经历过几类大气环境问题，包括早期的烟尘、二氧化硫、氮氧化物和90年代比较严重的像酸雨等这样的典型污染问题。
经过我们国家近二十多年科技工作者的共同努力，使得我们国家酸雨这个在上世纪九十年代占全国30%国土面积的在世界范围里也非常典型的污染现象得到了基本解决。今天我们国家有两个重要的数字，就是酸雨占国土面积从历史最高峰的百分之三十几到2015年的8.8%，到2016年又降到了7.1%，全国降水pH值已经恢复到5.6%这样一个正常的水平，也就是说酸雨的问题在中国已经得到了基本解决。
在去年联合国环境署发布了一份关于北京的报告，就是北京1998到2013年在治理空气污染方面的评估报告。我们大家都知道，经常把北京作为全世界首都这种特大城市里空气污染的压力还是比较大的，包括像北京2008年奥运会期间。但是这个报告非常积极地肯定了北京在过去15年的努力，特别是给出了在北京的这15年当中，它的GDP增长了720%，机动车增长了300%，人口增长了77%，能耗增长了70%。在这种情况下，北京在中国的空气质量标准六种指标，有四种在持续下降，其中有两种已经稳定地达到了标准。但是我们今天仍然面临两大问题，就是冬季的PM2.5雾霾的问题和夏季在某些时段开始显现的一些臭氧的问题。所以在2013年开始，我们强力实施了大气污染防治行动计划，从2013到2017年五年时间，来治理大气污染。从中长期来看，大家现在非常关心，我们大气到2017年是阶段性的，什么时候能够解决好治理雾霾为代表的大气污染问题？
目前的情况看，可能从“十三五”开始，要用三个五年计划左右的时间，来依次推进珠三角、长三角、京津冀的达标。实际上，在珠三角，现在平均值已经达到了国家标准，但是还有少量城市在“十三五”末期可以达到。长三角需要用两个左右的五年计划时间，京津冀地区可能要用三个五年计划，在2025年之后，可能会达到现行的国家标准。
那么我们怎么样能够使这个过程加速实现目标？我们可以看到，在整个大气环境当中，形成的过程可以说非常复杂，既有地面各类生产生活人为排放的污染情况，也有天然源排放的情况，同时大尺度全球气候和中小尺度的局地气象会影响它，简单的归纳，就是我们讲的内因是排放，外因是气象，这是我们这个领域科技工作者形成的共识。
在国际大气科学研究领域里头，非常重视的几个核心研究，一个是人为和天然源的排放，另外一个就是通过各类手段的观测，来掌握大气当中特殊的成份，最终认知它的形成原因，找到它的破解和治理的办法。
下面我想介绍一下我们国家科技工作者在过去关于排放特征方面所做的工作。从全世界的进程来看，最近的排放源的表征是往高时空精度和化学成份的分辨率发展，但是在国际上，瞄准的是气候变化问题，是碳排放问题，做得比较多。中国国内，除了碳，还有常规污染物对这些化学成份排放的精细高分辨率问题。实际上我们通过过去将近二十多年各类科研计划的支撑，建成了我们自己的一个排放源表征的技术体系，包括基于各类工业技术的技术体系和各类化学成份的分解和时空分解的适合国家发展的一个体系。举一个例子，区域交通污染物的排放。通过大量的各类上路交通，不同车型大量数据的积累，以及交通流量数据的积累和气象数据的积累，最后可以形成集各类路网于一身的，每天24小时，现在还可以精确到跟路网交通信息时间直接匹配的重点污染物排放情况。右边这个图，就是京津冀地区，最大的红色那个点是北京，往左下角走是保定、石家庄，往右下角走是廊坊、天津，可以看到一天24小时排放的信息非常详尽。
同时，我们对于这种化学成份非常复杂的挥发性有机成份，可以做到不同工业类别、不同敏感的化学成份，全国空间分布的情况。比如说苯的排放，由于交通排放的苯、民用排放的苯和工业排放的苯，在全国详尽的分布情况，都有了一个定量的掌控。也可以说，我们仔细分析过去二十多年，问题的演变情况，我们可以看到，这是过去25年中国大气污染物排放的一个演变情况。在1990年到2015年，中国的二氧化硫在2015年国家实施总量控制以后开始下降，大气十条实施之后，开始更大幅度的下降，其中火电厂排放量已经跟90年的水平持平。这也就是刚才讲的解决酸雨问题的时候，我们跟世界上欧美的酸雨明显不同，我们是典型的硫酸型的酸雨，所以国家强力推动解决二氧化硫问题，到今天酸雨的局面得到了明显改善、初步的解决，这也是我们科学认知上得到的一个非常重要的聚焦点。但同时，我们可以看到，我们氮氧化物的排放，从2012年开始有所下降，总量还是非常高，挥发性有机物还没有看到总量下降的拐点。再加上一次排放的PM2.5，在2005年开始有所下降，但是我们2.5里的一个重要的成份黑炭还是处于排放量比较高的水平。
我们可以看到，主要的着力点，在火电厂这样大的排放源上解决得比较理想，也就是说，从90年开始，每年演变情况，可以看到我们火电厂的量在不断增加，但是2005年之后，增加的点就不是红色，红色是排放量比较高的，增加的点位量越来越大，但是越来越多的是绿色，到2015年基本上都是绿色、蓝色，我们的火电厂基本上达到国家标准，甚至达到国家的超低排放标准。也就是说，看你用什么方式来发展，不是因为发展了，就一定会把问题加重。氮氧化物也基本上是这种情况，我们基本在2010年之后，2012年开始氮氧化物出现下降，我们在2015年的时候，更多的点，就是火电厂越来越多，大家排放量在变小。有一个非常明显的现象是，我们的排放量相对聚集在东部，特别是往京津冀地区聚集，这时候我们可以感受到，在冬天的时候，京津冀地区频繁发生重的雾霾现象，是跟它的排放空间分布密切相关的。这是关于排放表征方面，我们所掌握的有关的情况。第二个就是排放从地上排的，跟天上的气象条件融合之后，会产生不同的化学成份，形成污染现象。所以，大量的观测是非常关键的，来解决我们追踪它的来源的非常重要的观点。
今天中国科技工作者基本上跟世界上掌握的观测手段是在一个水平的，天上的卫星到航测，到地面的高塔，再到地面移动、固定的观测手段，特别是在线化学成份的演变，我们都有这样的技术来掌握。比如在北京，2013年1月和2015年12月，都出现过多次重污染的变化情况。我们可以看到，每次在污染重的时候，小时变化到日变化来看，非常清楚地看到，当重污染来的时候，像硫酸盐、硝酸盐涨得非常快，浅蓝色又跟它有很好的匹配性，浅蓝色是水分，就是湿度，北京的冬季实际上比较干燥的，但是每次重雾霾来的时候，相对湿度都非常高。中国气象局丁一汇院士团队特别总结了京津冀地区，发现凡是在PM2.5高于500的时候，基本上都是相对湿度在80%以上，所以湿度对于形成重污染的情况是一个非常重要的信息。所以我们在研究当中，归纳了大量的数据，发现湿度和硫酸盐的转化之间有明显的正相关关系，但是这个关系是不是一定就说明它是化学反应？
那还不一定，因为在伴随着重雾霾形成过程当中，天空的混合层高度会从一两千米降低到两三百米。如果在空气当中化学污染物量不变的情况下，仅仅是空间压缩，这种物理性的积累也会造成浓度的增加。那么如何来区分它？所以我们找到了，比如说用元素碳，它是不活跃的化学成份，用元素碳来解读它，可以看到元素碳随着湿度增加，说明物理的因素在起作用。但是如果用化学成份除以元素碳比值，一定程度上消除了这个物理因素的影响，我们可以看到，硫酸盐的生成，从一开始有所降低，到后来快速增加，这个过程如何解释它的形成过程。这里提出来一个简洁的概念化的模型，也就是说，我们在雾霾形成过程当中，大家有这样的经验，头一天蓝天白云，十个小时以后快速地会形成雾霾，光线也非常的暗。在光线非常好的时候，是光化学反应在起作用，但是在光线非常弱的时候，光化学反应最重要的臭氧的氧化剂已经非常低，几乎是零，所以这个时候是颗粒物表面结合的高度润湿表面的结合水在发生非均相的化学反应，这两种化学反应都不强的过渡阶段，转化率有所降低。相关问题提出来，在经典的这种化学理论上，这个转化一定有氧化剂存在，这种氧化剂随着光化学的减弱，什么是它的氧化剂，这是非常关键需要解读的问题。
我们跟德国的马普研究所有了一个长期的合作，我们可以看到在历史上经典的教科书或者经典欧美理论，都讲到以臭氧作为氧化剂是气象化学，或者我们叫观化学，在解决酸雨过程当中，过氧化氢是作为云化学过程。但是非均相化学，在当时两种浓度都非常低，一定有另外一种新的东西存在，那么它是什么？所以在这里面我国科技工作者做了一些工作，比如中国科学院在实验室中用烟雾箱做模拟得的结果，发现二氧化碳有矿物颗粒物存在的情况下，它会促使它的化学转化。我国的北方地区是不是存在类似的现象？我们从这里面做分析，发现传统的经典欧美
第二个经典理论认为，二氧化碳虽然也在这个体系里，但是它的浓度没有明显优势，特别是它的反应速率长数在云水pH在3-5的情况下低于其他的几个氧化剂，几乎是低一个数量级。所以这种情况下，他认为可以忽略。但是我们研究发现，在中国冬天重雾霾形成过程当中，颗粒物的结合水和清洁时期上升100倍，二氧化碳浓度比清洁时期上升50倍，而在北方地区有非常高的氨和高分度的矿物层的排放，所以使它PH值已经不是3-5，而是变成了5.5到7。从整个经典的云化学比的话，这三种氧化剂的相对关系完全变了，在欧美经典理论里认为不重要的二氧化氮这种氧化剂成了我们华北地区不可忽视的排在第一位的一种氧化剂。从此我们可以看到，在解决这个问题的时候，给我们一个启发，我们在治理二氧化硫的同时，氮氧化物要迅速跟上，否则它的化学反应的平衡会出现破坏，引起治霾的效果大大削弱。同时我们提出这样一种观点，在洛杉矶出现光化学烟雾事件的时候，美国科学家建立了一套光化学理论，在欧洲出现酸雨的时候，欧洲的科学家建立了一套云化学理论。目前这两种理论实际上对我们国家都不能直接照搬，而我们现在面临的问题，是不是存在一个霾化学。所以我们在解决我们自己治霾过程当中可能还有一些新的发现，能够给世界上一些科学认知添更丰富的认知内容。
最后我想介绍一下对未来的一些启示。我们现在面临着冬季pm2.5的问题，夏季臭氧的问题，它的核心污染物有十多种，这里列出了主要的几种。但是我们国家面临了庞大的污染源体系，我们经常讲我们面临着全世界最复杂的污染源体系。因为我们搞科技工作者经常说要慎用这个“最”，但是现在我们毫不客气地说我们是最复杂，为什么？因为我们现在社会经济发展到阶段决定了，比如我们的钢铁行业，世界上最先进的生产线我们有，最落后的生产线我们没有完全淘汰，所以在整个庞大的污染源体系里，我们跟欧美比和发展中国家比，我们都是最复杂的。那么怎么来组织好有序有力的在庞杂的污染体系里减排呢？我们要找准污染的源头，还有很多科学认知问题。我们虽然提出来存在着“霾化学”，可能我们现在的认知刚刚触及到冰山一角，比如刚刚讲的都是无机部分，有机部分更加复杂，比如说挥发性有机物形成的二次颗粒物问题需要进一步的解决。只要我们冬季湿度增加的时候，有一些非常难以理解的雾霾箱和非雾霾箱看到大量的有机物出现，这些是什么，我们要测出来，才能探知它是为什么，这样对有机部分的治理，可能会出现很多新的治理思路。
第二个，一到三个纳米新的粒子爆发性的增长，在国际上只在非常干净的区域，比如说亚马逊流域可以测到这样的现象，但是我们今天在北京、在上海都可以测到，而我们污染颗粒物浓度很高的情况下，还能测到这样的增长，这可能也是新的理论发现的非常重要的增长点。在空气当中的颗粒物，新粒子增长的过程，是引起能见度变化非常重要的因素，而我们到今天，对它的影响的物理和化学因素还认知非常浅。目前我们还存在的一个问题就是，搞大气化学的和搞大气物理的人分成两拨，经常做的研究，时空范围不好匹配，这样有些信息很难拿到一起来解读，这是我们下一步应该继续努力的地方。
最终我们在国际上达到一个建立区域空气质量调控的核心技术体系，包括立体观测、数字模拟和排放源。我们经常讲大数据，我们把我们的排放数据、气象数据和大气当中的成份数据集成起来，实现大范围、跨行业的数据共享，对最终解决问题会非常有帮助。最近在我国推出了大量的科研项目，来支持我们建这样的体系，比如说国家自然科学基金委在化学部和地学部实施了联合重大研究计划。刚才，万部长讲到科技部已经在组织实施大气重点专项，同时还在组织编写京津冀环境污染综合治理的重大工程。我相信，通过这一批科技项目的支撑，通过我们全国科技工作者的共同努力，我们一定能够加速治霾的系统，同时我们也有机会、也有希望，不仅治好中国的问题，同时也能为世界大气环境的科学理论，最前沿的一些科学理论，能够争得中国科学家的重要的一席之地。谢谢大家。