每年冬季，不少城市都會趕上幾天霧霾天氣。霧霾，不僅嚴(yán)重影響人們的日常生活，更是公眾街談巷議的一大社會問題。如何驅(qū)趕霧霾、重見藍(lán)天，成為很多城市的心頭之病。中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院的趙素平副研究員，把自己的科研方向聚焦到這里，通過對復(fù)雜地形大氣污染問題的深入研究，獲得了不少有意義的新發(fā)現(xiàn)，得出了有別于傳統(tǒng)想法的新觀點。 

　　“黑蘭州”：衛(wèi)星上看不到的城市 

　　蘭州曾經(jīng)有個綽號，叫“黑蘭州”。這倒不是因為這里生產(chǎn)一種“黑蘭州”的香煙，而是因為這里的空氣實在太糟糕了——一年四季黑乎乎的。蘭州人曾自嘲地調(diào)侃：“太陽和月亮一個樣，白天和晚上一個樣，鼻孔和煙囪一個樣。”

　　蘭州地形獨特，位于青藏高原東北側(cè)黃河河谷盆地，兩山夾一河，多山少風(fēng)缺雨，尤其是污染最重的冬季，基本沒有風(fēng)。20多年前，蘭州的空氣污染可謂“舉世聞名”，經(jīng)常高居全國空氣污染城市的前列，竟有“衛(wèi)星上看不到的城市”之稱。

　　趙素平的研究就和這座城市息息相關(guān)。

　　“2009年，我剛到蘭州讀研，一入冬，整座城市像籠罩在一個‘大鍋蓋’之下，空氣污染十分嚴(yán)重?！泵鎸秘?fù)盛名的“黑蘭州”，趙素平突發(fā)奇想，同樣是北方重工業(yè)城市，為何東北地區(qū)沒有被“黑色”籠罩？為何蘭州就是全國唯一一個“衛(wèi)星上看不見的城市”？是不是因為復(fù)雜地形造成的重污染？

　　帶著這個猜想，趙素平廣泛查閱文獻(xiàn)，開始從復(fù)雜地形局地氣候中尋找蘭州空氣污染治理的良方。

　　“還真不是瞎想，谷地地形的確不利于污染物消散而集聚空中，只有在有風(fēng)或下雨的時候，天氣才會好一些”，早在1998年，蘭州市政府就曾決定“移山引風(fēng)”，即削平位于蘭州東大門的大青山，讓城市東西兩端的風(fēng)對流起來，以驅(qū)散市內(nèi)污濁的空氣。然而，這一計劃并未如愿，因為“蘭州周邊的山太多了，風(fēng)力未必能達(dá)到吹散霧霾的程度，用愚公移山的辦法‘等風(fēng)來’，不僅成效慢，而且治標(biāo)不治本”。

　　“既然水平流不通，那能不能垂直流通？”趙素平迅速轉(zhuǎn)換思路，“正常情況下，近地面污染物是可以擴(kuò)散進(jìn)入高空中的。在復(fù)雜地形條件下，垂直領(lǐng)域的大氣污染與空氣流動又會呈現(xiàn)出何種樣態(tài)？”

　　帶著這個問題，趙素平把研究視角從“水平方向”轉(zhuǎn)向“垂直領(lǐng)域”，開始他的“復(fù)雜地形地區(qū)的局地大氣環(huán)流對大氣污染物輸送影響”的研究。

　　PM垂直檢測獲“靈感” 

　　治理霧霾，要從最基礎(chǔ)的研究做起，了解霧霾成分及其來源，才能制定有效措施，而這類研究在國內(nèi)還比較少見。年輕的趙素平循著這個思路，試圖通過復(fù)雜地形垂直空間的大氣污染顆粒（即人們通常說的PM）測量研究其分布特征和變化規(guī)律。

　　因地制宜，想到就做。趙素平把單位變成觀測站，從地表到樓頂，他安排了兩個觀測取樣點。然而，“僅有幾十米的樓宇高度還不夠，更高的空中也需要監(jiān)測”，這讓剛?cè)胄胁痪糜譀]有什么經(jīng)費和設(shè)備支撐的趙素平陷入了苦惱。

　　如何在幾十米外的空中取樣呢？趙素平望著窗外陷入沉思。

　　忽然，窗外的皋蘭山讓他眼前一亮——把觀測點建到皋蘭山上。皋蘭山位于蘭州市區(qū)的南側(cè)，自古是拱衛(wèi)蘭州城區(qū)的天然屏障，也是影響蘭州復(fù)雜地形的重要因素?！案尢m山頂海拔2000多米，與地面垂直高度達(dá)五六百米，是非常理想的垂直觀測對象”。

　　于是，帶著學(xué)生爬樓、爬山，測樣、分析，成了趙素平的“日常工作”。

　　很快，趙素平研究發(fā)現(xiàn)，PM濃度變化與污染物排放源和氣象條件關(guān)系密切。其中，氣象條件對PM濃度影響比重高達(dá)40%。這大大出乎趙素平的預(yù)料，一定是有什么東西在起作用！趙素平一遍一遍檢測，終于找到這個被忽視的“元兇”：黑碳。黑碳是由未完全燃燒的化學(xué)燃料和秸稈等生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的含碳有機(jī)物，是僅次于二氧化碳的“溫室氣體”。正常情況下，空氣中的黑碳含量從地表往高空應(yīng)逐漸降低。

　　但是，趙素平的觀測發(fā)現(xiàn)，蘭州黑碳主要分布在距離地面五六百米的高空?！八鼈冏钃趿顺鞘薪孛媾c上空之間的氣體正常流通，形成‘鍋蓋’，并越積越大，把整座城市悶在下面”。這些黑碳具有強(qiáng)吸光性，使得蘭州大氣邊界層長時間維持一種高溫狀態(tài)，形成一道逆溫層，阻礙了近地氣流突破大氣邊界層的可能性。加之高空相對濕度較大,靜風(fēng)天氣多，就很容易產(chǎn)生霾。

　　這一發(fā)現(xiàn)讓趙素平興奮不已。“如果能找到高空黑碳的形成機(jī)制，并采取行之有效的破解辦法，不就可以揭開這個頭頂上的‘鍋蓋’了嗎？” 

　　城市治污需“巧招” 

　　帶著問題，趙素平繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，蘭州高空黑碳主要來源于山頂周邊的煤炭和秸稈燃燒等粗放型燃料所致；相反，地面交通的黑碳貢獻(xiàn)率并不總是最主要的因素。

　　這就意味著，在復(fù)雜地形條件下，我們可以突破傳統(tǒng)相對簡單的治污方式，采用更加科學(xué)和靈活的治污手段。比如，地面限行和限排對抑制黑碳很有作用，也能改善大氣垂直擴(kuò)散的外部條件。但是，如果能同時降低因煤炭和秸稈焚燒帶來的污染，則可以直接抑制高空中的黑碳含量，為大氣垂直擴(kuò)散創(chuàng)造更好的條件。

　　“換句話說，如果能補(bǔ)貼山頂或周邊農(nóng)戶改用清潔能源，讓他們徹底擺脫對蜂窩煤或秸稈焚燒的依賴，就能有效降低高空黑碳含量，從而改變城市上空逆溫現(xiàn)象，讓市內(nèi)熱氣流正常流通至空中形成云，再通過降雨或降雪緩解霧霾問題?！壁w素平微笑著說。

　　思路一打開就停不下來。趙素平發(fā)現(xiàn)，城市治污的很多問題在復(fù)雜地形因素下，可以找到很多不可思議的“巧招”。

　　干旱地區(qū)可采取灑水方式降低污染物濃度，但灑水中也蘊含著科學(xué)道理：噴霧式灑水顯然要比澆灌式灑水效果好，因為低空噴灑的水滴粒徑小，噴灑下來時就像下了一場小雨，不僅能清理路面上的沙塵，更能清理掉空氣中的氣溶膠污染物，從而減少細(xì)顆粒物危害。反之，如果采用澆灌式灑水，不僅浪費水資源，而且很難起到綜合性的治污效果，有時還因路面濕滑造成其他不必要的社會問題。

　　大氣污染防治工作不僅要減排，更需要具有自我恢復(fù)能力的生態(tài)系統(tǒng)。這就要求在城市規(guī)劃中考慮城市風(fēng)向問題，避免城市建筑物擋住出入風(fēng)口，以免造成小生態(tài)內(nèi)的空氣流動受阻，從而造成局部污染；當(dāng)然，局地增加綠化面積，加大生態(tài)修復(fù)，對改善城市生態(tài)、減緩霧霾亦有重要作用。

　　趙素平還有更大膽的一些想法，如果把復(fù)雜地形下的氣象、大氣環(huán)流與市內(nèi)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系起來，未來甚至可以建立超大規(guī)模的“城市局地生態(tài)空氣凈化新風(fēng)系統(tǒng)”……

　　年僅33歲的趙素平還有很多治污的奇思妙想，我們期待他在大氣污染治理研究中取得更多的原創(chuàng)性科研成果，為“蘭州藍(lán)”作出更大的貢獻(xiàn)。

　　趙素平 　　男，1986年生于內(nèi)蒙古烏蘭察布市，博士、副研究員，主要從事復(fù)雜地形城市氣候與環(huán)境研究。2017年成為中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會會員，2015獲得中國科學(xué)院院長優(yōu)秀獎。率先開展了蘭州城區(qū)亞微米氣溶膠數(shù)濃度譜分布特征的監(jiān)測，揭示了蘭州市超細(xì)顆粒物的數(shù)濃度水平；基于不同來源沙塵粒徑存在顯著差異的觀測事實，發(fā)展了一種利用氣溶膠特征譜型確定沙塵來源的新方法，可以有效地確定沙塵源區(qū)；提取到了生物質(zhì)燃燒、機(jī)動車排放、煙花燃放等城市主要污染源對應(yīng)的氣溶膠特征譜型，這有助于氣溶膠數(shù)濃度來源解析工作的開展；首次依據(jù)較大地形落差建立了蘭州市亞微米氣溶膠化學(xué)成分垂直分布觀測網(wǎng)，為研究復(fù)雜地形城市氣溶膠化學(xué)成分垂直分布奠定基礎(chǔ)。主持國家自然科學(xué)基金、中科院西部之光項目、聯(lián)合資助優(yōu)秀博士后項目和博士后面上項目等多項國家級項目。現(xiàn)已發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，其中第一作者SCI論文16篇，研究成果主要發(fā)表在大氣環(huán)境領(lǐng)域EnvironmentInternational、AtmosphericEnvironment、EnvironmentalPollution等刊物上、2篇論文入圍ESI TOP1% 論文。