蓝天白云,纪念唐孝炎院士

622日,北京最高气温达到38.1℃,为今年以来气温新高

尽管非常酷热,但是天空一片澄澈,PM2.5的浓度仅为十几,臭氧不超标,空气质量指数“优”。

周末的时候,我最喜欢做的事情,就是捧一本书慢慢品读。过去几个星期我一直在断断续续看一本叫做《贩卖怀疑的商人》的书,今天终于看完。看完再回首的时候,我越发感慨科学家常有,而一个坚定执着又善良的科学家不常有。在大气领域,竺可桢、叶笃正、陶诗言、顾震潮这样的科学家弥足珍贵,还有刚刚离开我们的北京大学唐孝炎院士。

《贩卖怀疑的商人》的作者是哈佛大学的科学史教授内奥米·奥雷斯克斯(Naomi Oreskes)。这本书回顾了过去半个世纪里,在烟草、酸雨、臭氧洞和全球变暖问题上部分科学家不怎么光彩的一面。这些科学家有不少还是著名的科学家,例如弗雷德里克·塞茨(Frederick Seitz1911–2008),他是美国科学院院士,曾担任美国国家科学院(1962~1969年)院长和洛克菲勒大学校长(1968-1978年),作为核物理学家,曾在核武器研究中有过突出贡献。但是在退休之后,他放飞自我,给烟草、化工和石化业代言,反对烟草导致癌症理论,对人类活动引起酸雨、臭氧洞和全球变暖等理论提出不同看法。

另外还有弗雷德·辛格(Fred Singer, 1924–2020),他是迈阿密大学环境与行星科学学院的创始院长,长期担任弗吉尼亚大学环境科学教授,还担任过美国环境保护署政策副助理署长,对气象卫星发展做过重大贡献,甚至还有机会问鼎NOAA的负责人。然而他也在退休之后放飞自我,提出自然排放对酸雨有贡献,臭氧洞不是人类排放氟利昂导致的,而是由火山喷发引起的,并利用各种手段反对全球变暖的理论。

这些曾经的著名科学家公然反对科学共识,以科学研究还存在不确定性为由,将不确定性和怀疑贩卖给公众和政策制定者,最终延迟对健康和环境问题的行动,服务于他们背后的利益集团。

酸雨、臭氧损耗等不光是美国的环境问题,也是我们中国的环境问题,幸运的是,我们有唐孝炎院士等科学家,他们坚持科学态度,坚决地站在国家和人民利益之上,用科学研究和科学事实为我们国家环保政策制定确定了正确的方向。

唐孝炎院士从70年代起就开始研究大气光化学污染、酸雨和臭氧洞等问题,这些研究推动了我们国家对于酸雨的治理和对导致损耗臭氧的氟利昂等物质的管控,走上了正确的减排道路,推动了我国环境的改善,功不可没。2025328日,德国马普气象研究所前所长Guy Brasseur访问我所在的中国科学院大气所,报告中用一页专门致敬唐孝炎院士,这种著名科学家的致敬才是最好的奖励。

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2025328日,德国马普气象研究所前所长Guy Brasseur致敬唐孝炎院士

我自己主要从事气候动力学研究,与唐孝炎院士研究的大气环境化学属于细分的两个领域,按理说,我和唐院士不太可能有什么学术交集,但命运就是如此神奇,我和她还有一篇合作文章,这也许是她老人家参与的最后一篇科研论文。

2018年国庆假期刚过,我所在的大气物理研究所朱江所长找到我,希望我能代表大气所去参与唐院士的一个科普项目。当时,国家自然科学基金委员会正在组织实施一个关于大气复合污染的重大研究计划,在这个重大计划下设立了一个科学普及项目。唐院士那时候已经86岁高龄,这本应是科学家淡出科研事业的年龄,但他依然发挥余热,积极投身于大气污染防治的科学普及工作。

唐院士的科普项目是从2018年初开始,按照最初的设计,由唐院士领导,北京大学电视台和研究生参与,骨干人员还包括我所在大气所的同事李昕和李汀,但后来李昕去了政府部门任职,李汀因为个人原因离开了大气所,亟需补充力量。已经过去10个月了,科普项目几乎还没什么进展,唐院士有点着急,所以朱所长就找到了我,希望我顶替上来。

我个人那时虽然也做了一些科普工作,但是主要集中在天气和气候领域,与大气污染领域始终保持着一定的疏离感,这主要源自我当时的一些偏见和执念。那时我一直认为,我国大气污染问题至少有70%以上与管理不善有关,而不是科学上认识不清,很多科学家费尽心力研究某个污染事件,提出了机理和解释,也许背后只是某些企业的偷排行为而已。

1011日上午,我去北大环境学院唐孝炎院士办公室见到了她,并准备了一个简单的PPT,向她汇报我之前参与过的科普活动。老人家一点架子都没有,笑眯眯说感谢魏老师来帮忙,并邀请在办公室一起午餐,午餐是秘书从北大食堂打来。吃饭时,我注意到她的手有些微微发抖,应该是帕金森的症状。

聊天时,我们聊到了暨南大学刘紹臣院士刚刚在National Science Review上发表的一篇关于雾霾的研究,他们在这篇文章用到了气象部门霾日的数据,分析了过去几十年来的霾日趋势,并特别指出,从2013年以后,霾日数大幅度增加,这一点引起了大家的关注。

唐院士提到,刘紹臣团队正在基于研究起草一份给国家领导人的政策建议报告,她说自己对气象专业是外行,问我对这项研究的看法。当时她用了“请教”这个词来征求我的看法,这让我挺意外,也挺感动的。我当时表达了自己的观点:1)霾这个词,在气象学里是一个常用的术语,有一套比较严格的定义标准。要把某一天算作霾日,首先要排除刮风下雨打雷闪电大雾这类的特殊天气,只有在没有发生这类特殊天气的情况下,才根据能见度来判断是否霾日,这篇文章用的是气象上的霾日数,这里面没有包括特殊天气里污染比较严重的天气,所以不能代表污染日;2)霾日的选取标准在2010年前后发生过变化(气象部分颁布《霾的观测和预报等级》,QX/T 113-2010),之前是根据能见度来衡量,之后根据细颗粒物浓度来衡量,标准前后不一致,很有可能会导致霾日数发生大幅变化,在2013年后观察到霾日数快速增加,可能与中国气象局对霾日定义标准的重大调整有关。所以这篇文章的结论可能有很大的问题,基于这个研究来做政策建议很不合适。

这是我第一次与唐院士讨论雾霾问题,她建议我可以对这个问题进行更深入的分析,如果有数据分析会更好。回去后,我迅速进行了数据分析,找到了北京、上海和广州的逐日温度、天气、能见度和PM2.5浓度数据。通过数据分析,发现根据气象标准定义的霾日与基于细颗粒物(PM2.5)浓度定义的霾日存在显著差异,二者的在北京的重合度仅为40%多。这表明,气象上的霾日并不能准确反映环境污染状况,而环境污染天也不能简单等同于霾日。因此,研究中讨论细颗粒物污染天用haze不是很准确,而用气象上的Haze来指代细颗粒物污染天也不科学。做个比喻的话,“霾日”和“细颗粒物污染日”之间的关系,像是“男人”和“年轻人”的关系,虽然有重合,但是彼此并不能相互代替。

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20181221日,科普项目讨论会,唐孝炎院士、朱彤教授、汪君霞老师和我一起参加。

之所以会出现两个领域都用霾(Haze)这个词汇,还是起名的问题。在气象领域,霾这个词由来已久,上世纪3040年代就对霾的观测和记录有详细规定,例如“极细微之尘点聚集低层浮游空中障碍视线之现象,地平视距在2km以下,色多呈青灰或土黄色。2~4km为轻霾。”1943年,《增订测候须知》)。本世纪初,我国大气细颗粒物污染日渐严重时,环保部门在描述这种特殊的污染天气时,用了“霾”和“雾霾”这个词汇。这就像两个家庭给孩子起名时重名一样,后起名的明明知道已经有人叫“王强”,还执意要给孩子起名“王强”,最终在两个领域混淆起来。

随后,我将这一分析结果向唐院士进行了汇报,并提议写一篇commentary类型的文章,对刘紹臣团队在NSR上发表的文章进行评述,她表示赞同。我这篇评述文章写得很顺手,大概在一周之内就完成了稿件。201912号,我把稿件投给《科学通报》,之所以选择《科学通报》是因为《科学通报》上短文章比较多,也有commentary类型。文章顺利进入了审稿流程,127日,我收到了审稿意见。审稿意见是拒稿,第一位审稿人认为,我们应该对某个具体区域进行数据分析,但事实上我们已经分析了北京、上海和广州的数据。虽然我们投的是commentary类型文章,第二个审稿人认为我们不是general research papers,文章语气上也比较批判,这位审稿人提到要问下那篇文章的作者(I also need to ask the author of m2018),也不知道后来问的结果怎么样,但是他拒稿了我的文章。

这个结果确实让人挺失落的,不过唐院士在一次和研究生的讨论会后说,环境领域引入haze来表示污染天看来是错误的,这让我恢复了一些士气。我们经常在其他刊物看到题目为Comment on ****的文章,实际操作起来看来并不容易,尤其是针对某篇文章的commentary容易让人有敌对的感觉。

在接下来的时间里,我们又讨论了好几次,我对稿件进行了重新修改,题目改为:Distinction of two kinds of haze,已经完全不是针对刘紹臣文章的评述,而是从讨论haze这个词在环境界和气象界的混乱使用开始,然后用数据分析来说明二者之间重合率不高,特殊天气里也有很多污染天,霾日里也有不少的细颗粒物浓度并不超标,在去掉特殊天气和霾日剩下的“好”天气里,也有不少细颗粒物浓度超标。在征得唐院士本人同意后,我将她列为共同作者。

有一天,我突然意识到,人家那篇文章是发表在NSR上的,而我却跑到《科学通报》上去发表评论文章,明显不太合适啊。于是,我把修改后的文章又投给了NSR,一天之后,我就收到了拒稿邮件,编辑处理得非常干脆,直接拒绝,根本不送审。

国内刊物不好发表,我最终将稿子投给了《Atmospheric Environment》杂志,该刊影响因子5以上,也算是个不错的杂志。经过一轮审稿后,文章正式发表。在文章中,我们明确指出,Haze这个词最早来源于气象学。在气象学中,它的标准非常明确,指的是排除了各种特殊天气(如下雨、大风、闪电、大雾等)之后,湿度较低能见度较差的天气,此时天气看起来是灰蒙蒙的。这种天气与根据细颗粒物(PM2.5)浓度判断的污染天数并不一一对应,二者的重合率并不高,不能相互替代。所以,在使用Haze这个词表示污染天时需要格外慎重,而研究细颗粒物污染天也尽量不要用Haze这个词汇,如果非要用个名词,那“细颗粒物污染天”更适合一些。“雾霾”是个被误导了的词汇,普通老百姓叫着倒也无妨,但是气象和环境领域内的研究人员则需要对“雾霾”和“霾”的概念有清醒的认识,haze pollutionhaze pollution episodehaze episodehaze eventsgray hazehaze evolution/cycleshaze days等的用法都不是很合理。

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2018125日,南京大学王体健教授(右1)参加唐孝炎院士(中)和我们的科普活动讨论。

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2019123日,北京大学朱彤教授和宋宇教授参加在北京大学电视台录制的科学访谈节目。

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20191024日,清华大学刘欢教授参加在北京大学电视台录制的科学访谈节目。

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20191128日,暨南大学邵敏教授(左2)、南京信息工程大学廖宏教授(中)和中国科学院广州地球化学研究所王新明教授(右2)参加科学访谈节目,右1为北京大学汪君霞老师。

再说一段公案,曾经有一段时间气象部门和环保部门抢过“霾”,20164月《北京市气象灾害防治条例(草案)》提请市人大常委会审议,针对不同的气象灾害,条例从立法层面制定防御规范、应急预案和防治措施。条例规定,只有气象部门可发布气象灾害预警信息,其他单位或个人向社会发布气象灾害预警信息,均属违法,最高可处5万元罚款!其中的气象灾害包括:雨、暴雪、寒潮、大风、沙尘暴、低温、高温、干旱、雷电、冰雹、霜冻、大雾和霾。

写进去“霾”捅了大篓子,因为空气污染预报和治理一直是环保部门的职责,并且有执法权,可以勒令关停工厂、环保问责、查违规车等,算的上是“强力”部门,并且正部级的环保部比副部级的气象局还高了半级,如果发布预报违法了,业务还做不做?所以在草案阶段,围绕着“霾”算不算气象灾害进行了多轮审议,意见分歧严重,到了年底,只好暂缓条例的表决,进行深入调研。

20181123日,《北京市气象灾害防御条例》才由北京市十五届人大常委会第九次会议表决通过,于201911日起施行。条例明确规定,“霾”不列入条例规定的“气象灾害”范围,气象和环保部门也达成默契,气象部门可以发布“霾”预报,而环保部门发布空气污染的预报和预警,只提“空气质量”,不再提“霾”。

气象部门也对“霾”的标准进行了更新,新的《霾的观测识别》(GB/T 36542-2018)也于201921日实施,新标准里也不再提大气细颗粒物PM2.5PM1,取而代之的是气溶胶消光系数和实际大气消光系数两个概念,虽然计算中依然会用到细颗粒物浓度等参数,但是已经不在霾的识别方法里显式出现了。

事后再看整个事件过程,能看出两个部门的小心思,当取名出现重名之后,两个部门都心照不宣地都想趁机扩大业务,把对方的业务纳入自己麾下。环保部建立预报部门,希望把原属于气象部门的预报业务纳入自己旗下,从而摇身一变打通监测、预报、预警和执法等全产业链;而气象部门则希望把空气污染预报预警纳入自身业务,进而从一个偏技术的业务部门,摇身一变成为有环境执法权利的强权部门。简单来说,两个部门都想利用名字相同抱走对方家孩子。

再回到我们的科普项目,从2018年底开始,在唐院士领导下,我们的科普项目顺利做了起来,我们与北京大学电视台合作制作了五个科普动画,并完成了数十个前沿热点访谈和几十个小视频。在2019年世界环境日,还制作了相关视频,朱彤老师亲自出镜。

为了将重大研究计划的成果介绍给公众,项目组制作了众多科学家访谈视频。传统的访谈节目是由电视台主持人来采访科学家,但有时主持人提出的问题太大太笼统,科研人员真不好回答,比如“我国雾霾是怎么形成的?”听起来是个简单问题,回答起来可得一本专著才说得清。科研人员懂得这类问题的难度和规模,所以回答起来总会显得底气不足特别别扭。在这个科普项目里,创新性地改为由科研人员与各项目负责人对话,虽然我不是大气污染环境领域的专家,但我们的语言和思维方式相似,这使得访谈更容易进行,并且可以讨论得更专业和深入。

我们在北京大学电视台和项目大会现场访谈了多位领域内专家学者,包括北京大学朱彤和宋宇教授、兰州大学黄建平教授、中科院化学所葛茂发研究员、地环所曹军骥研究员、暨南大学邵敏教授、南京信息工程大学廖宏教授、美国马里兰大学李占清教授、南京大学王体健教授、复旦大学王韬教授、西安交大谭厚章教授、中科院大气所安俊岭和孙业乐研究员、华南理工大学袁自冰教授、清华大学刘欢教授、暨南大学刘紹臣教授、成都信息工程大学王式功教授等。都是大气环境领域内最顶级的科学家,后来朱彤教授和黄建平教授当选中国科学院院士,有时我会开玩笑,说和我聊过后评上院士的可能性会大幅度提高,相信这份名单里还有很多未来的院士。

这些制作出来的视频内容,涵盖了我国大气污染问题的方方面面,从排放源的解析、气象因素的分析到新粒子的生成和发展,不仅有PM2.5,还包括挥发性有机质、臭氧和氨气等内容,我也才真正意识到大气科学领域内就没有简单问题,几乎所有的都是复杂系统。

在新媒体平台上,这些视频得到了广泛传播。北京大学的官方账号在B站、腾讯视频、微信、抖音、快手和央视频等各大平台上发布了这些内容,一直流传至今,到2020年底项目结题时,总播放量超过一千万,这还不算转载的播放量。这个项目之所以能够取得成功,在很大程度上得益于顶级科学家亲自参与科普,尤其是唐孝炎院士作为大气环境领域内的灵魂人物和领袖,有她亲自领导科普工作,邀请其他科学家参与科普活动,几乎没人会拒绝。

此外,我们还有一个非常专业的团队参与了视频制作,北京大学新闻与传播学院和北京大学电视台的老师亲自参与视频的拍摄和制作,同时还有来自北京大学的研究生共同参与,为项目提供了坚实的支持。项目还有一个非常强大的组织团队,当时重大研究计划负责人朱彤老师经常参与讨论,他的助理汪君霞老师穿针引线,并参与话题设计和出镜采访,使得整个科普项目进行得非常顺畅。

在重大研究计划里设置科普项目,是国家自然基金委员会的创新,也体现了科研领域内的趋势和现代观念,即著名天体物理学家萨根提倡的,科学家应该主动向公众解释他们的工作。这种原则在202412月我国修订的《科普法》中得到明确体现:

“国家部署实施新技术领域重大科技任务,在符合保密法律法规的前提下,可以组织开展必要的科普,增进公众理解、认同和支持。”(《科普法》第32条)

“科技领军人才和团队应当发挥表率作用,带头开展科普”(《科普法》第40条)

在项目执行过程中,我之所以能够认真参与,主要还是因为唐孝炎院士。我本身从事气候动力学研究,并不是大气污染和大气环境方面的专业人士。从我去她办公室的第一次起,她从来没有直呼我的名字或者干脆叫小魏,他总是称呼魏老师,而且每次向其他老师介绍我时,她总会说:这是中科院大气所的魏老师,协助我们做这个科普项目。她善待我,也善待其他科研人员,说到底,人总是需要善待和认可的。

20197月,在著名刊物Science上发表了一篇文章,讨论如何让空气污染防治政策更加有效,文章对我国空气污染的快速改善情况大加赞赏,指出我国制定阶段目标步步为营,方针政策更为实际,更有利于空气污染的防控。事实也是如此,在大气十条等政策之下,我国空气质量明显改善,蓝天白云已经成为常态

在我看来,大气环境的改善和与唐孝炎院士这样的学科领袖是分不开的,她的胸襟和善待凝聚了整个学科领域,从而劲往一处使,为国家空气污染和环境的改善提供明确的方向,避免了误入歧途和政策的延误。

反过来,在我所从事的气候变化领域,虽然我们国家对联合国和政府间气候变化专门委员会(IPCC)的科学结论一直持明确的支持态度,并努力推动双碳战略,然而在公众和舆论领域,关于气候变化是否发生、其成因以及如何应对等问题,仍然有不同的声音,甚至很多著名科学家也时不时冒出一些质疑和反对气候变化的言论。每当这个时候,我就在想,如果在气候变化领域能有像唐孝炎院士这样的领军人物,如果竺可桢、叶笃正、陶诗言、顾震潮这样的“大先生”还健在的话,我们的状况肯定会好很多。

我国空气污染的状况已经得到根本改善,唐奶奶欣喜地看到了自己努力一生的事业结得硕果。而在气候变化领域,气候危机才刚刚露出狰狞的面目。

以此文纪念唐孝炎院士,尊敬的唐奶奶千古!