我与PM2.5

科学网编辑部发信，要就PM2.5采访我。因为正在国外开会，不便连线。所以整理一些文字。

关于PM2.5我的确与它有些联系。2005年，我们还是华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室学术委员会唯一的副主任，试图组织研究《城市环境经济时空过程复杂性及其信息分析技术》，与中山大学合作，参加的人有后来成为某著名大城市的副市长，研究重点就是PM10~PM2.5对于的城市颗粒物物理化学气候问题。我们试图申报973，可是项目被教育部初选就淘汰了。在教育部组织的答辩会上，有一个来自北京某环境科学研究院的“专家”讲，这个问题已经解决了。我说不可能。观察PM2.5的技术设备刚刚成熟，你们怎么就解决了？于是另一个学者显然懂，接着说：PM10 还没有解决，研究什么PM2.5？他认为还是交通问题迫切。我说北京市年年的沙尘暴留下PM2.5的隐患，还有汽车尘埃，要防患于未然。于是教育部出席会议的一个什么长，据查是北京**大学培养的在职博士，坚定表态主持他们。我们被淘汰了。那年据说城市交通问题立项了，有车阶级们容易理解。

还想这件事，作为我个人，作为与我合作申请项目的华东师大束炯教授，我们后来都承担了973项目，我生存下去了。可是作为国家需求，被人误了。这里的第一个专家可能是专家但是更多的是个领导，他并不懂PM2.5，为了单位利益和个人地位，他不得不冒充懂。第二个专家显然懂，但是他没有科学进取精神，当然也许也有领域问题。至于那个“长”，她知识有限，偏偏因为攀龙附凤，占了决策位。知识不够又为了保住自己地位，她只能听“专家”的，这往往成为中国专业评审的常态。我有时候真想骂人：“他妈的，某些名牌大学，你们培养些假博士占据官位，结果误国误民。我恨你们！”这是历史故事了。“不应有恨，何事长向别时圆”，历史毕竟在进步。我曾经写过一篇文章，叫《中国科学的八年之痒》，是我在科学网最重要的文章，说的是科学问题在国际上引起重视后，中国就有人响应，可惜要经过8年，8年才会被有关部门认识。历史进步了，2005年到现在共6年，估计2012年PM2.5有关的城市颗粒物物理-化学气候问题会立项了。仅仅经过七年，不是八年，进步了。

骂人，不儒雅了。可是人人不骂人，仅仅能够找到自己生存的机会，吃亏的是国家，吃亏的是纳税人。

1980年代有首歌，唱：青春啊青春多么美好，多么美好，我的心儿有时像燃烧的朝霞哟，有时像月光下的大海。想到那更美的未来，我要从心里面唱出来。

可是想到的是未来的风险呢？我已经青春不再。哎~

附当年的一些申请材料供有志的青年人研究者参考，想到你们勃勃生机，我要从心里面盼望起来。绵绵瓜瓞，中国的希望在你们：

城市是人类生存的基本环境，也是人类经济最为活跃的空间。近20年来，中国城市化进程加速，城市化带来了城市环境的变化、城市产业结构演化，同时也遭遇了资源环境的挑战。以上海、广州为例，在经过10多年的高速发展后，环境问题成为了经济发展与社会福利改善的障碍，城市空间经济结构的不合理性制约着城市的产业进步。许多学者认为21世纪中国的经济增长依赖于城市发展，而要保证城市发展就需要解决城市发展中的一系列科学问题，我国著名科学家黄秉维（1996）就认为城市可持续发展的基础是对城市的系统科学研究。凭心而论，上海市、广州市政府最近几年为解决城市环境、城市空间经济问题办了不少实事，特别是兴建了大量工程项目、出台了众多环境管理政策和城市土地利用控制规则。例如过去发生黑臭的苏州河、珠江广州段治理有了成效。然而由于人类与社会的相互作用，城市表现为复杂系统，形成人类生存与经济活动的复杂关系，可惜目前对城市的科学治理缺乏基础认识。这就意味着我们需要发展在认识城市系统的过程复杂性基础上的城市科学。对此，我们可以通过一些典型问题来认识。

城市发展的产生的第一问题是城市自然地理过程或者说城市环境过程。从自然地理角度看，城市聚集了大量的人口和产业作为地面热源，城市兴建了众多的高楼和交通干道，它们破坏了城市原来的大气环流的下垫面条件，城市发展日新月异地改变着原有水系和植被结构，所有这些，使得城市出现所谓“第二自然”。这个第二自然往往导致城市灾害增加、城市污染严重，如北京、成都去冬大雾天气增加、上海、日本以及东南亚城市去年夏季城市暴雨灾害和水污染、疾病增加等等。从机理上看，例如城市热岛环流增加了城市暴雨灾害和逆温层持续时间、阻滞了城市污染物扩散是基本起因。另外城市气候还经常发生复杂现象，例如城市的大气污染经常会产生突发性严重污染事件。1998年11月5日至11月15日的对上海环境地连续监测表明：这段时间污染十分严重，有些地区一天总悬浮颗粒物浓度可达1069g/ m³，超过目前国家3级标准2倍以上，并且出现了复杂性科学所谓“涌现”特征。同时城市工程带来了新的环境问题，目前的问题是对城市的简单的热岛环流理论上有所认识，但是相关的城市颗粒物的扩散、城市化学气候问题以及涉及地球化学过程的城市一般自然问题，都缺少理论，不能为城市发展中的环境问题提供科学解决方案。

城市发展的第二个是城市的空间经济过程。……

城市发展的第三个问题是城市的可持续发展问题。……

在科学上看，这里的问题难于解决，首先是对城市环境的复杂性认识不足，但是，对城市环境信息处理是困难也是一个原因。……本项目目的之一在于结合城市系统的复杂性研究，发展具有复杂性特征的信息分析方法，在技术上丰富城市科学。

城市时空过程是一类复杂过程，它复合了物理、化学、生物、地学、经济、人口机制，它们构成了城市管理的复杂对象，在过去的10年中，这项研究在国际上日益成为热点问题。

城市自然地理的第一个内容是城市气候。在国际上，城市物理气候的研究已经成熟，但是城市物理气候与污染物相互作用导致城市环境污染的问题，仍然有许多问题。1990年代后期以来，作为城市大气污染问题基础理论之一的城市生物-化学气候学的已经成为了国际热点方向（Desthali，1999，Mertens，2000, Betts， 2001）。在其内容方面，城市气候在对城市大气颗粒物物理行为了解后，出现了城市清洁行动（Fenger，1999）。新的研究工作主要集中到城市PM10-PM2.5大气颗粒物在不同地理环境单元的扩散污染行为和形态特征，试图找出城市局部下垫面与颗粒大小和成分的关系 (Hazi, Heikkinen, Cohen,2003, Lestari, Oskouie, Noll,2003, Eberta, Weinbruch，et al ,2004, Boreson, Dillner， Peccia，2004， Querola, Alastuey,et al, 2004, Mouli, Mohan, Reddy,2005)。其原理是城市热力地域单元、湿度单元对城市气候影响不一样，结构城市环流结构也发生改变，从而引起大气颗粒物运动差异（Wierzbicka，A. et al ,2005,Grntoft, Henriksen Seip，,2004,。目前这种工作为许多都市所重视，在欧美国家这项工作在全面展开（Ueda，et al，2000，Didyk，et al，2000, Bari et al， 2003, Villasenor，et al ,2003, Grutter, Flores2004，Hanninen, et al ，2004）。更早，美国甚至提出了一个国家行动计划（Lamb， Bowersox，2000）。另一方面，城市气候与污染物行为的耦合机制模拟研究成为了重点领域，以期解决类似上海“热岛-凉岛交替出现严重污染天气”，多种化学成分复合在城市扩散的时空变化和不确定性问题之类的复杂性的问题Colvile,et at, 2003, Lewis, Klouda, Ellenson,2004, Duran, Carmona, Monteagudo，2004 )。在应用方面，发展很快，例如Rothmasted对气象条件与城市大气中NOx关系的研究（Hargreaves，2000）， Atlanda对盛夏城市热岛诱发的雷暴与污染天气的研究工作（Bornstein， Lin，2000），日本开展的城市交通对城市污染气候敏感性的研究（Kioutsioukis, et al ,2004），Philadelphia开展的城市热分布与颗粒物污染物关系的模拟（Fan, ，Sailor，2005）。经过几年发展后，目前，已经发展起了分析城市化学气候机制，可计算城市大气环境污染行为的计算模型，如在洛杉矶大气环境的PM10分析中SAFER（Kim，Henry，2000）和新近开展的城市化学气候分析软件包CHEMATA （Frank ，2005， Junier, Kirchner, et al, 2005）。目前我国在这方面的研究还处于起点阶段，例如束炯、乐群开展了城市的能见度模拟研究。

城市自然地理的第二个问题是城市水文地貌过程。……

另一方面，继单一水质-水动力学模型成熟后，对复杂地理条件中水流的相互作用及水污染控制问题的研究兴起，……

城市自然地理过程城市工程带来的环境问题，实际上也出现在其他国际都市，因此1990年代后期以来，对城市发展环境行为的研究成为了城市环境研究的热点，从自然地理学角度看，这些研究集中在城市工程作为自然（physical）客体对环境发生作用。诸如，巴黎、Huddersfield对城市干道河流污染行为的研究（Touaty，Bonsang，2000）。在北美，企业的布局被与城市环境问题紧密的结合起来考虑是最流行的趋势（Barrades，et al，1999，Gelinas，et al， 2000）。在理论研究方面，开展了典型城市建筑格局与城市污染的复杂性、城市绿地与污染物扩散的复杂性研究（Theurer，1999，Kuttler，Strassburger，1999）这种研究已经超越了1990年代初期对城市街谷风的研究，表现为对基础科学问题的重视而不是仅仅把问题归结为城市规划问题（Mertens，1999，Pearlmutter，et al，1999 ，Scherer，et al，1999）。

在国内我们的研究力图结合城市自然地理内容为一体，例如华东师大研究了城市热力场变化对颗粒污染物扩散的作用（图1），进而可以实现能见度预报。……

[7] Bari, A. et al ,2003,Measurements of gaseous HONO,HNO 3,SO 2,HCl,NH 3, particulate sulfate and PM2.5 in New York,NY, Atmospheric Environment 37 ：2825–2835

[11]Boreson，J., Dillner, A. M., Peccia, J, 2004,Correlating bioaerosol load with PM2.5 and PM10cf

[17] Colvile, R.N., G!omez-Perales, J.E. , Nieuwenhuijsen, M.J.,2003,Use of dispersion modelling to assess road-user exposure to PM2.5 and its source apportionment , Atmospheric Environment 37： 2773–2782

[40] Hanninen,_ O.O.,et al, 2004, Infiltration of ambient PM2.5 and levels of indoor generated

[47]Kim B. M, Henry, R. C., 2000, Application of SAFER model to the Los Angeles PM₁₀ data, Atmospheric Environment 34:1747-1759

[52]Laia, H.K.,2004, Personal exposures and microenvironment concentrations of PM2.5, VOC, NO2 and CO in Oxford, UK , Atmospheric Environment 38：6399–6410

[54]Lewisa,_ C.W., 2004, Radiocarbon measurement of the biogenic contribution to summertime PM-2.5

[57]Malcolm A.L.,et al .2000,Modelling the long-range transport of secondary PM₁₀ to the UK, Atmospheric Environment 34:881-894

[69]Querola X. et al ,2004, Speciation and origin of PM10 and PM2.5 in selected non-ETS PM2.5 in residences of four European cities, Atmospheric Environment 38：6411–6423

针对中国的国家需求和科学的发展现状，我们的认为本项目需要研究下列科学内容：

首先城市水－土－气复合的城市自然地理系统是城市环境安全、经济可持续发展的基础，认识这个系统的演化规律，特别是对人类作用下出现的“第二自然”的结构体系与复杂性开展研究，是我们稳健地引导城市发展的科学基础，因此本项目第一步需要研究的内容是“第二”城市自然地理学。或者有些学者认为这个问题就可以归结为城市生态、城市环境问题，其实不然，城市自然地理学比城市生态、城市环境研究更注意基础科学特点，因为它借助了地球系统科学思想，从更完整的系统角度认识城市，同时它又把问题集中在自然科学方面，从城市自然地理要素大气、水、土地（土壤及其覆盖）角度解析问题。这一点从我们拟解决的关键科学问题中可以理解：

n 城市颗粒物的物理－化学气候的特征、复杂性和危害的时空规律：在1970－1980’s，城市的物理气候和污染气象学就取得了很大成就，周淑贞提出的城市“五岛”效应，成为城市气候的经典，扩散方程被广泛地用于研究污染物扩散。但是城市的特殊性在于它的污染物中颗粒物众多，这种颗粒物产生了诸如光化学污染等现象，现在对这里现象的一般物理化学规律认识清楚，但是他们在城市下垫面条件下的时空分布特点，它们已经显现的“城市岛效应”规律不清楚，对不同下垫面因为热力、水文性质不同引起的气候效应不够清楚，这对于通过城市改造来控制污染是盲目的，城市管理重点不明确，因此研究城市颗粒物的物理－化学气候的特征、复杂性和危害的时空规律成为了本项目的拟解决的关键问题。

n 城市水土植被环境中的污染物的地球化学时空特征与毒物危害性：……

n 第三，在过去的城市研究中，我们对城市发展了大量的观察数据，由于遥感、地面观察技术和地理信息系统的发展，形成了所谓“海量的”、“多源的”特点，对于这些数据要挖掘它们负载的城市信息，远远不是一个计算科学解决的问题，它必须由城市科学家在熟悉城市问题的基础上发展相应的数据挖掘和知识发现方法。鉴于目前数据挖掘基本上限于对商业数据的方法论研究，本项研究试图通过下列关键科学问题深入探讨，以求取得突破：

……

项目课题，设置如下：

(1) 城市颗粒物的物理－化学气候的特征、复杂性和危害的时空规律

设置思路: 本课题研究城市自然地理中的核心问题——城市气候问题。鉴于城市气候的发展和城市发展的实际需要，项目把重点放在化学颗粒物物理化学气候特征与城市局部环境关系方面。课题强调了复杂性是因为在城市物理－化学气候现象的研究中发现的复杂性。项目研究的视角与一般城市环境过程不同在于从气候学角度，重视下垫面对颗粒物污染时空分布的效用。

目标及与项目目标关系：本课题的目标是解决城市自然地理的气候学问题，对城市最常见的污染行为从基础条件方面认识，以为人类解决城市大气污染提供基础科学认识。课题作为项目目标的内容组成

主要研究内容：

A. 大气颗粒污染物物理结构与化学成分与下垫面关系；

B. 大气颗粒污染物扩散及其复杂性与作为气候要素的城市地理功能区的关系；

C. 城市颗粒物生物－化学气候与城市自然地理系统的耦合。

我有一个直觉。我的皮肤病，回到昆明或者出国就好掉。也许我的病就起因于PM2.5。你看我多自私呀，原来是为了自己的疾病才建议国家研究PM2.5及其对应的城市颗粒物的物理-化学-生物气候的复杂性。

我真自私，有什么资格看不起假博士、“战略科学家”？有什么资格批评那些被某些人吹捧着、被人爱戴这得官僚主义的假博士？

我真自私！