10大气复合污染条件下新粒子生成与二次气溶胶增长机制

1、提名国家自然科学奖项目公示项目名称大气复合污染条件下新粒子生成与二次气溶胶增长机制提名专家/提名单位教育部提名单位意见：大气复合污染条件下新粒子生成与二次气溶胶增长机制是大气环境化学领域尚 未解决的科学难题之一，揭示其关键的大气化学机制是我国科学精准治理pm25污染 的基础和关键。面向大气污染防治的国家重大需求，研究团队历经20多年的探索， 以“气态前体物成核一初始增长一持续增长一区域性pm25和霾污染”为主线，聚焦 我国强氧化性、高污染大气环境下新粒子生成与二次气溶胶增长的关键科学难题，开 展全面系统的科学研究并取得突破，形成了具有国际先进水平的一系列科研成果： （1）率先发现了我国高污染、

2、强氧化性大气条件下高频率发生的新粒子生成事件， 揭示了我国大气复合污染条件下独特的新粒子生成和增长机制。（2）构建大气污染演 变过程中各种二次转化途径的解析方法，提高了二次转化对细颗粒物污染贡献的系 统认识。（3）揭示了我国重霾形成的主要过程和重要机制，厘清化学过程和气象过程 对其形成的协同作用。项目完成人在我国最早开展新粒子生成研究，引领了我国新粒子生成与二次转化 机制的探索。8篇代表性论文SCI他引1012次，其中PNAS文章是ESI高引和热点 文章。研究团队积极参与科技支撑我国空气质量管理决策，推动了我国大气监测能力 的全面提升。在近年来国家重大研究计划中，新粒子生成和二次气溶胶增长机制

3、均被 列为重要科学问题和核心研究内容之一。部分研究成果获2018年度教育部自然科学 奖一等奖。对照国家自然科学奖授奖条件，我部决定提名该项目为国家自然科学奖二等奖。项目简介：我国正面临着严重的pm25和霾污染问题，新粒子生成与二次气溶胶形成和增长 是其发生、发展的关键大气化学过程，也是目前国际大气环境化学领域尚未解决的科 学难题。而在我国大气复合污染条件下，新粒子生成与二次气溶胶形成和增长机制则 更为复杂，更具挑战性。面向国家大气污染防治的重大科技需求，研究团队历经20多年的探索，以“气 态前体物成核一初始增长一持续增长一区域性PM2.5和霾污染”为主线，取得了一系 列方法学突破和理论创新，丰

4、富了大气环境化学理论，提高了我国在大气化学领域的 国际学术地位，提升了对污染地区大气成核和二次转化机制的科学认识。在PNAS. EST等国际权威学术期刊上发表文章百余篇，其中8篇代表性论文SCI他引1012次。 项目完成人于2009年出版专著一部，较早系统地论述了我国细和超细颗粒物的来源 与形成机制，被大气环境科学领域研究人员作为专业教学参考书广泛采用。取得的主 要突破性成果如下：（1）率先发现了我国高污染、强氧化性大气条件下高频率发生的 新粒子生成事件，揭示了我国大气复合污染条件下独特的新粒子生成和增长机制。 在国际上首次将新粒子生成与重污染过程相联系，证实了强氧化性驱动下新粒子生 成是区域

5、细颗粒物污染的重要来源。（2）构建大气污染演变过程中各种二次转化途 径的解析方法，提高了二次转化对细颗粒物污染贡献的系统认识。在国内首次报道 了影响有机气溶胶地球化学循环的氧碳比、总有机物/总有机碳比值和半挥发性等关 键参数，成为同行研究有机气溶胶生成、老化与传输的重要参比依据。基于高分辨气 溶胶质谱解析，提出城市大气中新鲜生成SOA 一乡村大气中新鲜SOA继续老化一 SOA老化过程以分子增加羧基为主的二次有机气溶胶生成特征。（3）揭示了我国重 霾形成的主要过程和重要机制，厘清化学过程和气象过程对其形成的协同作用。发 现高效的颗粒物核化和持续快速的爆发性增长是我国重霾形成的主要原因；同时，快

6、速的二次颗粒物生成影响大气稳定度、削弱污染物浓度和气象条件的日变化，污染和 气象条件之间的相互作用一步加剧了我国重霾的形成；提出有针对性的控制气态前 体物是北京治霾的关键。研究团队是一支具有国内外影响力的队伍，包括杰青/长江教授1名，国家基金 委优青项目获得者1名，“青年千人” 2名。团队成员担任国际大气科学领域重要 期刊主编和副主编，担任世界气象组织全球大气观测网气溶胶科学咨询组委员，是首 批全国高校黄大年式教师团队核心成员。研究团队建设并长期运行大气污染超级观 测站，积极参与并推动“中国大气污染超级观测站联盟”的建设，推动我国大气监测 能力的全面提升，支撑国家空气质量管理决策。客观评价:主

7、要第三方评价如下：（1）对大气复合污染条件下新粒子生成与增长机制研究工作的评价高污染、强氧化性大气复合污染条件下新粒子生成机制的一系列研究成果发表 于国际大气科学领域重要期刊 Atmos. Chem. Phys., Geophys. Res. Lett, J. Geophys. Res., Atmos. Environ.等。代表性论文2和3是我国最早系统表征污染地区大气新粒子生成 事件的文章，被国际大气科学领域作为区别于清洁环境新粒子生成的典型案例广泛 引用（代表性引文3），代表性论文3也被环境健康研究方向跨领域引用（代表性引 文4）。项目完成人出版的北京大气细粒子和超细粒子理化特征、来源及形

8、成机制 （科学出版社，2009年）（证明材料1），是我国较早系统论述细和超细颗粒物的来源 与形成机制的专著，作为高校和研究所环境科学等专业教学参考书，受到大气环境科 学研究人员的一致好评。（2）对二次转化途径的解析方法研究工作的评价美国麻省理工学院Cohen教授等人在为全球模型开发新型城市大气气溶胶二次 生成模块的文章中重点引用了两组高精度数据来验证模型，其中一组来自于项目完 成人的北京奥运期间的SOA解析文章（代表性论文5），Cohen教授等评价这是“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篇文章来确定全球有机气溶胶的化学构 成及其大气老化特征和氧化机制。（3）对我国大气重霾污染形成的主要过程和重要机制研究工作的评价重霾形成机制的研究发表在Proc. Natl. Acad. Sci.（代表性论文1）,被ESI评为 高引论文（Highly Cited Paper，top 1%）和热点论文（Hot Paper，Top 0.1%）。该研究 成果被Nature文章（代表性引文1）和最近发表的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，被认为增进了对于 污染地区新粒子生成物理化学机制的理解。代表性论文7被认为是我国较早指出大 气pm25硫酸盐来自于燃煤排放SO2经过二次转化所造成的代表性研究被引用（代表 性引文7）。美国德州农机大学的Donnelly et al.（代表性引文8）引用完成人的代表 作8来阐述供暖、气象等因素对北京空气污染季节变化的重要影响。项目完成人被Chem. Rev.邀请合作发表纳米颗粒物生成与增长机制的综述文章 （证明材料5），受国际著名科学家M

11、arkku Kulmala教授的邀请共同撰写新粒子研究 进展的展望文章（ACP, 2018. 18（19）: 14737-14756）。受 Sci. Total Environ和 Natl. Sci. Rev.邀请分别撰写关于我国新粒子研究进展（STOTEN, 2017, 577: 258-266）和我国京 津冀地区颗粒物来源解析与颗粒物污染治理对策的综述文章（NSR, 2015, 2（3）:257- 258）。第一完成人受邀担任J. Aerosol Sci主编（证明材料2）、国际重要学术刊物Atmos. Environ.、Tellus B和国内核心刊物科学通报、化学学报和环境科学学报编 委，

12、任世界气象组织全球大气观测网气溶胶科学咨询组委员（WMO GAW-SAG）（证 明材料3）。IGBP-SOLAS、IGBP-iLEAPS、IGBP-IGAC和ABC等国际科学计划中国 工作组成员。第四完成人受邀担任Atmos. Envir。的副主编（证明材料4）。对二次气 溶胶增长机制的评价第一完成人被邀请在2014年国际气溶胶会议（IAC，每4年一 次）上做Keynote发言和2017年亚洲气溶胶大会（AAC，每2年一次）上做主旨发 言（证明材料6）。项目完成人分工合作，联合攻关，形成具有国内外影响力的“颗粒物来源解析及 环境影响”研究团队，包括杰青/长江教授1名、国家基金委优秀青年获得者1

13、名、 青年千人2名。项目第一、二、四完成人是首批全国高校黄大年式教师团队核心成 员。第一完成人致力于中日韩大气污染物跨界输送问题的研究，2018年被授予中日 韩三国环境部长颁发的“中日韩环境合作20年特别贡献奖”。2016年第一和第二完 成人分别获得了国家环境保护专业技术领军人才和青年拔尖人才。研究团队长期在 奥运会、亚运会、大运会、APEC、G20峰会、世博会等重大活动的空气质量保障、 我国重点区域重污染过程应急与成因分析中发挥积极作用（证明材料7, 8）。积极推进我国空气质量改善。pm25首次纳入新修订的空气质量标准后，源解析 工作作为环保部实施大气“国十条”的首要任务。项目完成人承担并完

14、成了 2014年 环保部首批9个城市PM25源解析任务中的2个（宁波和深圳）。第一完成人作为环 保部全国重点地区城市大气污染物来源研究工作小组成员，具体培训和指导多个城 市大气pm25源解析工作。第三和第五完成人负责的深圳市大气pm25来源解析研 究项目获得2016年度广东省环境保护科学技术一等奖（证明材料9、10）。科技支撑深圳在全国特大城市中率先实现达标。项目第三和第五完成人依托北 京大学深圳研究生院的长期定位观测站，自2000以来持续开展大气颗粒物来源和二 次转化机制的研究，为深圳市政府制定PM2 5防治措施和出台大气环境质量提升计 划提供了关键的科学依据，深圳市PM2.5于2014年在

15、全国特大城市中率先实现达 标，空气质量处于全国副省级以上城市最优水平（2018年PM2.5年均值已降至26微 克/立方米，接近欧盟标准），取得了显著的环境与社会效益，并因此获得了 2017年 度深圳市科技进步一等奖深圳市空气质量改善关键支撑技术研究（证明材料11）。项目完成人在我国最早并长期持续开展的新粒子生成研究，弓I领了我国大气复 合污染条件下新粒子生成与二次转化机制的探索，开辟了污染地区大气化学研究的 一个新的方向。近年来国家立项的重大研究计划，新粒子生成和二次气溶胶增长机 制均被列为重要科学问题和核心研究内容。科技部“大气污染成因与控制技术研 究”、基金委重大研发计划“大气复合污染形成

16、的物理和化学过程及控制的关键技 术原理与应对机制”、“大气重污染成因与治理攻关项目”，分别大力资助新粒子 致霾机制研究及测定新粒子高精尖技术设备的研发。代表性论文专著目录：1、论文名称：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年卷页码：2014(111): 17373-17378/发 表时间：2014-12/通讯作者：胡敏，张人一,Mario J. Molina/第一作者：郭松/ SCI他引次数： 391次/包含国外单位2、论文名称： 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/年卷页码：2007(112): D09209发表时间：2007-05/通讯作者：胡敏 /第一作者：吴志军/ SCI他引次数：96次/包含国外单位3、论文名称： 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/年卷页码：2008(42): 7967-7980/发表时间：2008-11/通讯作者：胡敏/第一 作者：吴志军/ SCI他引次数：114次/包含国外单位4、论文名称： 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. /年卷页码:2010(10):947-959 /发表 时间：2010-2 /通讯作者：胡敏/第一作者：郭松/ SCI他引次数：94次/包含国外单位5、论文名称： 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/年卷页码：2010

22、(10):8933-8945/发表时间：2010-9/通 讯作者：何凌燕/第一作者：黄晓锋/ SCI他引次数：87次/包含国外单位6、论文名称：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/ 年卷页码： 2011(116):D12304/发表时间：2011-6/通讯作者：黄晓锋/第一作者：何凌燕/ SCI他引次数： 69次/包含国外单位7、论文名称：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 /年卷页码：2002(36):5853-5859/发表时间：2002-12 /通讯作者：胡 敏/第一作者：胡敏/ SCI他引次数：95次/包含国外单位8、论文名称：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/年卷页码：2006(359):167-176/发表时间： 2006-04/通讯作者：胡敏/第一作者：何凌燕/ SCI他引次数：66次/不包含国外单位主要完成人情况:胡敏，排名1,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室（北京大学）分室主任， 教授，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学，是该项目主要负责人，是科学发 现第一、二、三点的主要贡献者，是代表性论文1，2, 3, 4, 8的通讯作者以及代表 性论文7的第一和通讯作者，是代表性论文5, 6的共同作者。吴志军，排名2，研究员，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学，是该项目 主要完成人，是科学发现第一、三点的主要贡献者，是代表性论文2, 3的第一作者， 是代表性论文1的共同作者。何凌燕，排名3,教授，工作单位：北京大学深圳研究生院，完成单位：北京大学 深圳研究生院，是该项目主要完成人，是科学发现第二、三点的主要贡献者，是代表 性论文5的通讯作者，是代表性论文6、8的第一作