肖貞林 王 涵

打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”已成為牽動(dòng)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和影響人民美好生活的重大攻堅(jiān)戰(zhàn)之一。

隨著中國機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長，機(jī)動(dòng)車污染已成為我國空氣污染的重要來源，其防治的緊迫性日益凸顯。未來，機(jī)動(dòng)車排放污染的控制與分析將是中國環(huán)境控制的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

每一微克污染物濃度降低的背后，都是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程；每一次環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn)制定變更的背后，都是一支支環(huán)?？蒲袌F(tuán)隊(duì)夜以繼日的科研攻堅(jiān)。在過去20多年里，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授吳燁參與了大量國家及地方機(jī)動(dòng)車排放控制標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指南的制定與實(shí)施，展現(xiàn)了自己的科研價(jià)值，并持續(xù)為打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”保駕護(hù)航。如今，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，致力于通過大數(shù)據(jù)等交叉學(xué)科工程，建立快速高效的控制決策平臺，以盡快實(shí)現(xiàn)污染物的精準(zhǔn)減排和空氣質(zhì)量的有效改善。

吳燁（右一）參加清華-耶魯環(huán)境雙碩士學(xué)位授予儀式

顛覆觀念用“全生命周期”看待污染排放

20世紀(jì)90年代中期，汽車產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)迅猛發(fā)展，北京市機(jī)動(dòng)車平均增長速度達(dá)到17%，廣州市的情況與之類似。在北、上、廣、深等一線城市，機(jī)動(dòng)車的排放污染逐漸顯現(xiàn)。在這個(gè)背景下，中國工程院院士郝吉明基于世界銀行的支持，著手推動(dòng)了在全國層面上首個(gè)機(jī)動(dòng)車污染綜合防控規(guī)劃的研究工作（B93項(xiàng)目）。

1998年，吳燁從清華大學(xué)環(huán)境工程系（現(xiàn)環(huán)境學(xué)院）本科畢業(yè)后，以年級綜合排名第一的成績被免試直接推薦攻讀博士學(xué)位，師從郝吉明院士。因此，吳燁也參與到了B93項(xiàng)目當(dāng)中，其博士論文的主題聚焦在傳統(tǒng)的汽油車和柴油車污染控制方向。

當(dāng)時(shí)，國內(nèi)機(jī)動(dòng)車污染防控領(lǐng)域的相關(guān)研究仍是一片空白。吳燁的論文致力于如何將機(jī)動(dòng)車排放特征、污染特征與污染防控策略相結(jié)合。他選擇了北京和澳門兩個(gè)城市作為案例，對機(jī)動(dòng)車實(shí)際道路的排放規(guī)律，以及污染物濃度在道路上的水平和垂直分布進(jìn)行了系統(tǒng)的監(jiān)測和深入的分析。

在導(dǎo)師的引領(lǐng)下，吳燁逐漸打開了機(jī)動(dòng)車污染防治的科研大門，完成了從排放到控制技術(shù)再到政策分析的整個(gè)鏈條。他參與的B93項(xiàng)目作為全國層面對機(jī)動(dòng)車污染控制的起航式、引領(lǐng)性的項(xiàng)目，也直接促成了“國一”排放標(biāo)準(zhǔn)在北京的率先實(shí)施及在全國的推廣。

博士期間，吳燁的研究已初步建立了包括排放因子模式、空氣質(zhì)量模式等多模式與GIS平臺耦合的機(jī)動(dòng)車管理信息系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了城市機(jī)動(dòng)車污染控制管理決策的信息化和動(dòng)態(tài)化，其成果也陸續(xù)成功應(yīng)用于國家和地方的交通污染控制決策，并為國家和地方機(jī)動(dòng)車更嚴(yán)格的排放法規(guī)和油品標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

2002年年底，吳燁博士畢業(yè)后前往美國能源部阿崗國家實(shí)驗(yàn)室交通研究中心從事博士后研究，由此，他在機(jī)動(dòng)車污染控制研究上跨入了一條全新賽道。

吳燁與博士后導(dǎo)師王全錄合作，轉(zhuǎn)向從事交通領(lǐng)域替代燃料和先進(jìn)技術(shù)車輛的生命周期分析，成為美國能源部交通生命周期分析模型（GREET）的主要開發(fā)人之一。這個(gè)系列模型現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于歐美等發(fā)達(dá)國家及中國、巴西等發(fā)展中國家，全球注冊用戶超過10000，已成為目前世界上道路交通能源領(lǐng)域生命周期分析的首選模型。他還將隨機(jī)模擬的不確定性分析方法引入該模型，從而確保了各種車/油系統(tǒng)之間的比較更為準(zhǔn)確和科學(xué)。

雖然人的命運(yùn)難以預(yù)知，但思想堅(jiān)定的人卻總能沿著自己的初衷走下去。

替代燃料和先進(jìn)技術(shù)車輛的生命周期分析研究與傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車排放研究之間跨度變化非常大，涉及學(xué)科也非常多。對吳燁來說，無異于又重新讀了一個(gè)博士。但他卻并未猶疑，而是不斷更新著自己的知識結(jié)構(gòu)，調(diào)整研究方向。

“你要思考的不僅僅是車輛運(yùn)行階段的控制，還要考慮上游燃料的生產(chǎn)、車用材料的生產(chǎn)。例如，從汽油車變成電動(dòng)車，電池的材料生產(chǎn)過程和傳統(tǒng)車輛部件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物質(zhì)和能耗是完全不一樣的。”吳燁說。

從傳統(tǒng)的車輛污染控制轉(zhuǎn)向到能源、燃料和材料的全新體系，從全生命周期的視角去重新看待不同車輛和不同燃料系統(tǒng)，這讓吳燁從全新的視野和角度去學(xué)習(xí)和研究，甚至徹底顛覆了以往的觀念。

比如，在新能源汽車中，氫燃料電池車是眾所周知的運(yùn)行階段“零排放”車，但如果采用全生命周期的研究方法，卻可能得出截然相反的結(jié)果。在參加通用汽車公司支持的一個(gè)氫燃料電池車生命周期項(xiàng)目分析的時(shí)候，吳燁發(fā)現(xiàn)，如果其中的氫是來自電解水，且電力構(gòu)成以煤電為主，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳在燃料生產(chǎn)上游的增量會將其下游的零排放效益全部抹殺，甚至可能比傳統(tǒng)汽油車排放的二氧化碳還要高。

這一結(jié)論沖擊巨大，吳燁意識到，面對新能源汽車等新生交通技術(shù)，迫切需要以全生命周期的理念去分析其對環(huán)境的影響。號稱“零污染”的氫燃料電池車，如果在上游環(huán)節(jié)不加以了解和控制，一樣會對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響?！八运粌H僅要求在車輛運(yùn)行階段進(jìn)行控制，在上游的燃料生產(chǎn)階段也要同步推進(jìn)控制，包括提高火電的發(fā)電效率、提升超低排放的水平、增加可再生電力的比例等?！?/p>

此后近20年，吳燁一直扎根這一領(lǐng)域。在美國期間，作為美國/歐盟氫能雙邊項(xiàng)目專家組成員，吳燁參與了美國和歐盟的中長期氫能發(fā)展路徑的評估規(guī)劃；回到國內(nèi)，作為國際能源署先進(jìn)交通燃料技術(shù)委員會（IEA-AMF）的兩位中方委員之一，他又積極推動(dòng)包括生物乙醇在內(nèi)的各種清潔替代燃料在中國及其他國家的應(yīng)用。

就這樣，吳燁一步一步通過科研創(chuàng)新和成果應(yīng)用不斷在汽車環(huán)保領(lǐng)域貢獻(xiàn)著自己的力量和智慧，與此同時(shí)，他的科研水平也節(jié)節(jié)攀高。

家國情懷環(huán)?？茖W(xué)家“要敢于去對抗”

盡管在國外取得了熠熠生輝的科研成績，吳燁卻始終惦記著祖國的空氣問題。2007年10月，他回到清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系任副教授，并迅速加入郝吉明院士帶領(lǐng)的清華大學(xué)奧運(yùn)空氣質(zhì)量保障研究團(tuán)隊(duì)，投入到北京奧運(yùn)會的保障工作中。

當(dāng)時(shí)北京空氣質(zhì)量較差，奧運(yùn)會前夕時(shí)常被國際媒體拿來抨擊指責(zé)，吳燁看在眼里，難受在心里。他切身感受到了國內(nèi)外在環(huán)境空氣質(zhì)量控制上的巨大差距，也深刻認(rèn)識到自己的科研工作有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

吳燁的課題組承擔(dān)了“北京奧運(yùn)期間控制措施實(shí)施效果評估”項(xiàng)目中的交通污染控制部分，針對北京奧運(yùn)會期間的空氣質(zhì)量保障措施，實(shí)時(shí)監(jiān)測和核算北京市機(jī)動(dòng)車污染物的減排量，重點(diǎn)評估奧運(yùn)期間機(jī)動(dòng)車停駛等措施的減排效果，提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)排放數(shù)據(jù)，為2008年綠色奧運(yùn)會的成功舉辦提供了關(guān)鍵的技術(shù)依據(jù)和保障。

皇天不負(fù)有心人。在吳燁和眾多環(huán)?？茖W(xué)家的努力下，北京奧運(yùn)期間，北京城空氣質(zhì)量全部達(dá)標(biāo)，空氣質(zhì)量為優(yōu)的一級天10天，為良的二級天7天；各項(xiàng)主要污染物、可吸入顆粒物等濃度都明顯下降，空氣污染指數(shù)由2007年的平均81下降到平均56，同比下降31%。

當(dāng)北京的天空掛起了“奧運(yùn)藍(lán)”時(shí)，吳燁對自己的科研價(jià)值又有了一種更清楚的認(rèn)識。他說：“機(jī)動(dòng)車污染防控，可以為重現(xiàn)藍(lán)天提供助力。我們可以做到，中國的空氣能夠跟國外一樣好?！?/p>

此后多年，吳燁和團(tuán)隊(duì)一直致力于為國家和地方移動(dòng)源排放標(biāo)準(zhǔn)、指南及控制措施的制訂、實(shí)施和效益評估提供技術(shù)支持。如今，中國的機(jī)動(dòng)車防控標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)逐漸跳出歐洲的標(biāo)準(zhǔn)體系，走出了自己的機(jī)動(dòng)車防控標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)道路。尤其是“國六”標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，更是讓中國的機(jī)動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)向前跨了一大步。

大步向前的同時(shí)，也伴隨著來自傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的壓力、抱怨和質(zhì)疑。其實(shí)，在吳燁和團(tuán)隊(duì)的推動(dòng)下，國家針對天然氣重型車車型的“國六”標(biāo)準(zhǔn)提前了一年實(shí)施。原來，吳燁團(tuán)隊(duì)自2012年起就在關(guān)注天然氣重型車的污染排放水平，他和團(tuán)隊(duì)通過大規(guī)模的實(shí)際道路測試發(fā)現(xiàn)，天然氣重型車的氮氧化物排放居然比柴油車還要高。為了提前對天然氣重型車進(jìn)行技術(shù)升級，他和環(huán)保部相關(guān)單位與天然氣重型車的相關(guān)產(chǎn)業(yè)協(xié)會展開了激烈碰撞和討論。

“天然氣車必須得從稀薄燃燒技術(shù)轉(zhuǎn)向當(dāng)量燃燒技術(shù)，沒有其他的變通方式可以選擇?！痹趨菬畹膱?jiān)持下，如今已有數(shù)十款滿足“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入名錄。更新?lián)Q代后，天然氣重型車將在真正意義上成為一種低排放車，不僅僅在顆粒物、黑煙上能夠比柴油車更環(huán)保，在氮氧化物的排放上也能夠符合要求。

這一次的“沖突”讓吳燁深有感觸，“剛做環(huán)保的時(shí)候會覺得很無力，但你必須敢于沖上去，敢于去對抗，這將是環(huán)保人持續(xù)面臨的挑戰(zhàn)”。

挑戰(zhàn)是持續(xù)的，對比國內(nèi)外機(jī)動(dòng)車污染防控的發(fā)展，吳燁認(rèn)為，每一個(gè)環(huán)境問題的解決，都要經(jīng)歷一個(gè)很長的時(shí)間周期。倫敦和洛杉磯從20世紀(jì)五六十年代開始防控，已經(jīng)用了60余年時(shí)間，而中國的系統(tǒng)性大氣污染控制，如今只有不到40年時(shí)間?！皩Ρ劝l(fā)達(dá)國家的防控，我們還有差距，但已經(jīng)沒有那么大了?！眳菬钫f，在部分場景之下，中國的環(huán)保技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)可以與發(fā)達(dá)國家并駕齊驅(qū)。

奧運(yùn)藍(lán)、APEC藍(lán)、兩會藍(lán)……在人們對于美好生活的向往中，“藍(lán)天白云”正顯得越來越重要，打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”也越來越多地被放在政府施政方針的顯要位置?！笆濉睍r(shí)期，中國在藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)中重點(diǎn)對PM2.5污染物進(jìn)行控制，通過5年的發(fā)力，PM2.5污染實(shí)現(xiàn)持續(xù)下降。近些年，O3污染也備受關(guān)注。在“十四五”新征程中，藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要防控思路將轉(zhuǎn)向?qū)M2.5和O3污染的協(xié)同控制。

課題組討論城市機(jī)動(dòng)車排放綜合控制決策平臺

“機(jī)動(dòng)車污染占比仍存在不少爭議，但毋庸置疑的是，機(jī)動(dòng)車是最重要的幾個(gè)污染源之一。在國際上，如著名的洛杉磯光化學(xué)煙霧，其臭氧的污染被公認(rèn)為主要來自機(jī)動(dòng)車排放的兩種污染物：揮發(fā)性有機(jī)物和氮氧化物?！眳菬钫J(rèn)為，當(dāng)PM2.5和O3要進(jìn)行協(xié)同控制的時(shí)候，對機(jī)動(dòng)車污染的防控壓力也將進(jìn)一步凸顯出來，國內(nèi)對機(jī)動(dòng)車污染的防控標(biāo)準(zhǔn)還將進(jìn)一步加碼。

精準(zhǔn)控制智能大數(shù)據(jù)助力環(huán)保決策

由于中國快速機(jī)動(dòng)化和區(qū)域發(fā)展不均衡，導(dǎo)致了京津冀、長三角、珠三角和成渝等城市群的交通污染物排放高度聚集，其排放強(qiáng)度也遠(yuǎn)超過全國平均和發(fā)達(dá)國家平均水平，給中國中東部區(qū)域未來的空氣質(zhì)量改善帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

吳燁認(rèn)為，在“高速增長、高頻使用、高度集中”的特點(diǎn)和背景下，單一測試技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對機(jī)動(dòng)車BC、VOCs和PAHs等污染物多組分大樣本的準(zhǔn)確測量。同時(shí)，由于傳統(tǒng)清單與實(shí)際交通流脫節(jié)，忽略了區(qū)域交通一體化導(dǎo)致的城際運(yùn)輸，已無法適應(yīng)區(qū)域高分辨率動(dòng)態(tài)源解析的需求。

自2016年開始，在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“建立基于排放-交通二維動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)的重點(diǎn)區(qū)域高分辨率機(jī)動(dòng)車排放清單”的資助下，吳燁和團(tuán)隊(duì)采用大數(shù)據(jù)方法學(xué)來分析交通大數(shù)據(jù)和排放大數(shù)據(jù)，努力實(shí)現(xiàn)二者有機(jī)整合，并在北京乃至京津冀區(qū)域進(jìn)行了模擬和示范，最終構(gòu)建了京津冀路網(wǎng)級別的1km×1km高時(shí)空分辨率排放清單，這是在國內(nèi)較早采用系統(tǒng)大數(shù)據(jù)思維研究機(jī)動(dòng)車排放控制的一項(xiàng)前沿研究。

吳燁團(tuán)隊(duì)選擇京津冀、長三角及區(qū)域內(nèi)典型城市為研究對象，建立了“車載—跟車—遙感”多種技術(shù)的道路排放測試系統(tǒng)和大樣本排放因子獲取方法，對不同技術(shù)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，深入分析微觀工況和車輛技術(shù)等因素對關(guān)鍵污染物的影響規(guī)律，相關(guān)測試成果為國五/六重型車標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際道路監(jiān)管提供了重要參數(shù)和技術(shù)方法。

在研究過程中，他們還構(gòu)建了“集成射頻識別—全球定位系統(tǒng)—公路監(jiān)測網(wǎng)”等最先進(jìn)的智能交通大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，解析了典型車隊(duì)出行特征，建立了典型城市高分辨率交通流數(shù)據(jù)庫。基于隨機(jī)森林等機(jī)器學(xué)習(xí)方法，吳燁團(tuán)隊(duì)又融合“區(qū)域—城市”交通流特征，建立了融合區(qū)域交通流、道路信息和土地利用信息的宏觀統(tǒng)計(jì)模型，刻畫了區(qū)域交通流時(shí)空排放特征。

在此基礎(chǔ)上，耦合“交通—排放”大數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)首次建立了區(qū)域高時(shí)空分辨率排放清單，并通過“區(qū)域—城市—熱點(diǎn)”等多尺度空氣質(zhì)量模型驗(yàn)證清單準(zhǔn)確性，大大改進(jìn)了傳統(tǒng)清單分配方式，分析了外地車等典型車隊(duì)排放濃度影響，有效評估了典型管控措施的交通排放改善效果。

該項(xiàng)目獲得了一系列科研成果，在交通和排放大數(shù)據(jù)的應(yīng)用上，吳燁團(tuán)隊(duì)已經(jīng)走在國際前沿。如今，他們已經(jīng)與成都、西安、深圳等國內(nèi)大城市繼續(xù)展開合作，著力研究交通排放的“實(shí)時(shí)損害”。

“當(dāng)2000個(gè)甚至3000個(gè)道路交通監(jiān)控的實(shí)時(shí)車流量數(shù)據(jù)傳遞到信息中心后，我們就可以基于這些數(shù)據(jù)，通過研發(fā)的模型和平臺，把所有的車流和污染物排放的數(shù)據(jù)在道路網(wǎng)上實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來，大城市在此基礎(chǔ)上去做相應(yīng)的污染控制，就可以達(dá)到精準(zhǔn)而快速?！眳菬钫f。

自2017年開始，吳燁帶領(lǐng)課題組承擔(dān)科技部的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——“區(qū)域機(jī)動(dòng)車排放綜合控制和綠色交通管理技術(shù)研究”，集成了國內(nèi)做機(jī)動(dòng)車污染控制最頂尖的研究機(jī)構(gòu)展開專項(xiàng)攻堅(jiān)，聚焦重點(diǎn)區(qū)域及區(qū)域內(nèi)城市群的交通排放控制研究。

在這一研究中，吳燁和團(tuán)隊(duì)研發(fā)和集成用于機(jī)動(dòng)車排放控制和決策管理的關(guān)鍵共性技術(shù)，包括揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和顆粒物多組分排放分析技術(shù)和數(shù)學(xué)模型、實(shí)際道路車流和排放大數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)、區(qū)域全路網(wǎng)高分辨率交通流模型、交通源空氣質(zhì)量模擬系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車排放控制綜合決策系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)上，他們在重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)城市對相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)開展了示范應(yīng)用，并形成可考核、可推廣、可復(fù)制的區(qū)域機(jī)動(dòng)車排放聯(lián)防聯(lián)控方案。

3年來，吳燁與課題組系統(tǒng)調(diào)研了美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在機(jī)動(dòng)車排放控制和綠色交通管理方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了多個(gè)重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)城市的高分辨率排放清單，精確識別區(qū)域和城市內(nèi)機(jī)動(dòng)車排放時(shí)空分布規(guī)律和重點(diǎn)控制車型，建立清單準(zhǔn)確性和不確定性評價(jià)方法。

在開發(fā)排放控制措施庫、區(qū)域交通流模型、高分辨率排放模型和多尺度空氣質(zhì)量模擬系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)集成技術(shù)等基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)正在建立快速高效的區(qū)域交通排放綜合控制決策平臺，并提出區(qū)域機(jī)動(dòng)車排放聯(lián)防聯(lián)控的政策建議與實(shí)施方案，最終達(dá)到應(yīng)用決策平臺準(zhǔn)確高效地評估控制情景對污染物減排和空氣質(zhì)量改善的效益。

“從交通排放量，到排放濃度、費(fèi)用效益，最終實(shí)現(xiàn)控制決策，形成一個(gè)閉環(huán)的鏈條，從而更精準(zhǔn)地去識別機(jī)動(dòng)車在實(shí)際道路上的污染規(guī)律，并更高效且有針對性的實(shí)施機(jī)動(dòng)車排放管控。”吳燁說，通過大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)和精準(zhǔn)感知的技術(shù)，就能夠真實(shí)反映車輛在實(shí)際道路上的排放，從而對大氣環(huán)境影響和人體健康做出綜合決策。

科學(xué)家的成長從來都沒有捷徑可走。從懵懂地跟著導(dǎo)師做機(jī)動(dòng)車污染控制研究，到逐漸在這一領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，擁有自己的核心優(yōu)勢和關(guān)鍵技術(shù)成果，吳燁在漫長而枯燥的研究歷程中，始終對科研飽含興趣、堅(jiān)定向前。更重要的是，在科研的道路上，他已經(jīng)找到了自身價(jià)值與國家發(fā)展、人民健康結(jié)合的重要支撐點(diǎn)。