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新突破!今年以来北大环境研究有哪些进展?

2021-11-19 13:38:08来源:北京大学新闻网 购力在线整理 阅读量:17493

导读:陈松蹊团队发表论文揭示气象变量对空气质量影响的相对重要性排序及大气边界层的作用、朱彤课题组基于水探针和显微拉曼建立微米级颗粒pH值测量方法、周欢萍团队及合作者在钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要进展......
  1、陈松蹊团队发表论文揭示气象变量对空气质量影响的相对重要性排序及大气边界层的作用
 
  北京大学数学科学学院、统计科学中心陈松蹊团队的论文Relative importance of meteorological variables on air quality and role of boundary layer height在大气环境权威期刊Atmospheric Environment发表。
 
  论文使用了北京、天津、石家庄、济南、郑州和太原六个城市53个国控监测站的六种大气污染物PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2 和 O3的浓度数据,研究时间段为2013年3月至2021年2月的八个季节年。
 
  研究发现,影响华北六大城市污染浓度的气象变量顺序上有很强的一致性。在六种污染物的变量选择结果中,PM2.5、PM10、SO2 和 CO 四种污染物具有共同的以露点温度为主导的气象变量重要性顺序;NO2 和 O3 则分别主要受边界层高度和气温的影响,而其他气象变量与 PM2.5的相对顺序相似。这表明华北地区六种大气污染物的气象过程具有很强的规律性。
 
  2、物理学院张霖研究员与合作者在全球农业氨氮的PM2.5健康效应研究方面取得重要进展
 
  北京大学物理学院大气与海洋科学系张霖研究员与浙江大学谷保静研究员、英国生态水文中心MarkSutton教授等合作,提出N-share(氮贡献率)指标,用以量化全球不同国家与地区氮排放对PM2.5健康效应的贡献率及氮减排成本,并指出控制农业氨排放对全球PM2.5污染治理更具有成本效益。
 
  相关成果2021年11月5日发表于《科学》。
 
  研究发现,全球PM2.5污染的N-share从1990到2013年有整体增加,而区域差异很大:亚洲、南美和南非地区显著增加,欧洲显著降低;全球多数国家与地区中氨氮排放对PM2.5污染的贡献率比氮氧化物排放贡献更大。
 
  3、城环学院周丰课题组在Nature Food发文量化全球农田氧化亚氮减排潜力
 
  2021年10月21日,北京大学城市与环境学院周丰课题组在Nature Food上发表题为“Global mapping of crop-specific emission factors highlights hotspots of nitrous oxide mitigation”的研究论文,首次揭示了全球农田氧化亚氮(N2O)排放因子(EF)的空间分异及其生物地球化学机制,并量化了全球农田N2O减排潜力。
 
  研究发现,在不影响作物产量的情况下,全球农田土壤N2O可减排30%,相当于中国和美国的农田土壤N2O排放之和,其中65%的全球减排潜力集中在20%的播种面积。
 
  4、朱彤课题组基于水探针和显微拉曼建立微米级颗粒pH值测量方法
 
  北京大学环境科学与工程学院朱彤课题组针对这一现状提出了一种通用的测量单颗粒pH值的方法,即将颗粒物中广泛存在的水作为探针,通过显微拉曼光谱直接检测单颗粒物中的[H+]。这项研究以“Water as a probe for pH measurement in individual particles using micro-Raman spectroscopy”为题在Analytica Chimica Acta上在线发表。
 
  该研究表明,利用水这一最常见的物质作为光谱探针,可以实现在不受离子系统限制的情况下对[H+]进行测量,可为测量大气气溶胶单颗粒物的pH值提供一种普遍适用的技术。
 
  5、城市与环境学院朱丹研究团队发文揭示狩猎采集人口密度如何受生态环境约束
 
  该研究成果以“Global hunter-gatherer population densities constrained by influence of seasonality on diet composition”为题,于2021年9月9日在线发表于 Nature Ecology & Evolution (《自然•生态与演化》)。
 
  为了探究生态系统通过什么样的定量机制影响人口密度,北京大学城市与环境学院朱丹研究团队在已有的陆面过程模式基础上,构建了首个全球植被-动物-人类(狩猎采集者)相耦合的模型。
 
  接下来,研究团队计划将该模型应用于过去近二十万年,探究古气候变化和生态系统演变如何影响古人类的人口动态和迁徙,以及人类觅食、捕猎和扩张如何反作用于生态系统,从而更深入理解人类演化和发展的自然影响因素以及史前人类对生态系统的长期影响。
 
  6、物理学院张霖研究员等指出农业土壤氮氧化物排放对我国大气臭氧污染治理提出新挑战
 
  北京大学物理学院大气与海洋科学系张霖研究员课题组与环境科学与工程学院张远航院士等合作研究,相关成果2021年8月18日在线发表于《自然▪通讯》(Nature Communications)。
 
  联合研究团队使用GEOS-Chem大气化学数值模型,借助高性能计算平台描述大气污染物的排放、化学、沉降和传输过程,重现了我国华北平原夏季臭氧污染的时空分布特征,并分解出人为排放对臭氧污染的贡献值,该指标可以用来衡量通过人为污染物减排所能达到的最大臭氧浓度下降值。这项研究指出了与其他臭氧污染严重的国家和地区相比,我国华北平原的土壤氮氧化物高排放带来额外的挑战。
 
  7、周欢萍团队及合作者在钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要进展
 
  北京大学材料科学与工程学院周欢萍研究员团队与北京理工大学材料学院陈棋教授团队等单位合作,开发了“液相介质退火”工艺,可以在全天候条件下,可重复地制备高效稳定的大面积钙钛矿太阳能电池。
 
  研究成果以“液相介质退火制备稳定钙钛矿太阳能电池并提高可重复性(Liquid medium annealing for fabricating durable perovskite solar cells with improved reproducibility)”为题,于2021年7月30日在线发表于《科学》(Science)期刊上。
 
  8、环境学院朱彤课题组成功使用显微拉曼光谱测量实际大气单颗粒化学组成及混合态
 
  2021年7月21日Environmental Science & Technology在线发表了朱彤教授课题组题为“Using Micro-Raman Spectroscopy to Investigate Chemical Composition, Mixing States, and Heterogeneous Reactions of Individual Atmospheric Particles”的论文。
 
  针对采集的11份北京大气单颗粒样品,朱彤课题组使用显微拉曼光谱测量了样品中1200个单颗粒的化学组成。根据特征拉曼光谱,在单颗粒中鉴定出了(NH4)2SO4、NH4NO3、黑碳、有机物、NaNO3和多种矿质组分。该研究表明显微拉曼光谱是研究大气单颗粒化学组成、混合态和非均相反应的有力工具。
 
  9、城环学院王学军课题组与合作者在Nature Geoscience发文指出河流入海是全球近海海洋长期被低估的重要汞来源
 
  Nature的Research Highlight以“Toxic mercury rides rivers into the sea”为题对本文进行了报道。
 
  本研究的估计结果三倍于近30年来被科学界广泛采纳的估计值(如联合国环境规划署,300吨每年),强调河流是地球汞循环中长期被低估的重要贡献者之一。研究结果可用于指导各国汞污染防治政策的制定,以减缓人为汞排放对公众健康的影响。
 
  10、环境学院刘建国课题组揭示国际高关注化学品短链和中链氯化石蜡在中国产品中的分布、排放与环境归趋
 
  研究成果以“Distribution and Emission Estimation of Short- and Medium-Chain Chlorinated Paraffins in Chinese Products through Detection-Based Mass Balancing”为题,发表在Environmental Science & Technology。
 
  该研究开展了为期两年的全国氯化石蜡全产业链调研及124种典型CPs应用产品中SCCPs和MCCPs的浓度检测,首次全面揭示了SCCPs和MCCPs在中国产品中的分布状态、产生规模、排放清单和环境归趋,指出了中国不同于欧洲等国际其他地区的SCCPs 和MCCPs产品分布模式,揭示了中国SCCPs和MCCPs的主要排放及环境风险来源。
 
  11、物理学院极端光学研究团队在钙钛矿光伏介电调控研究中取得重要进展
 
  北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心极端光学研究团队朱瑞研究员、龚旗煌院士与英国萨里大学张伟教授、美国劳伦斯伯克利国家实验室Thomas P. Russell教授合作,相关研究成果以“钙钛矿光伏器件中的介电屏蔽”(Dielectric screening in perovskite photovoltaics)为题发表于《自然·通讯》(Nature Communications, 12, 2479 (2021))。
 
  该研究通过对钙钛矿中缺陷捕获载流子过程的深入认知,进一步发展了调控降低缺陷诱导非辐射损失的新思路,实验验证了通过介电调控来实现高效钙钛矿光伏器件的可行性,为领域发展拓展了新的方向。
 
  12、城环学院李本纲团队最新评估表明:中国对全球变暖的影响不足美国的百分之四十
 
  研究结果于2021年4月6日以“The contributions of individual countries and regions to the global radiative forcing(不同国家和地区对全球气候强迫的贡献)”为题在线发表在国际著名学术刊物《美国科学院院刊》(PNAS)上。
 
  评估结果表明,1850至2014年间,美国、欧盟15国及中国分别贡献全球气候强迫的21.9%、13.7%和8.6%,中国对全球变暖的贡献不足美国的百分之四十。俄罗斯(8.2%)、印度(6.2%)、日本(3.9%)、巴西(3.5%)等国的贡献也不容忽视。
 
  13、环境学院邱兴华课题组与合作者揭示亚急性空气污染暴露的人体健康效应模式
 
  北京大学(PKU)邱兴华课题组与洛杉矶加州大学(UCLA)Yifang Zhu和Jesus Araujo教授团队长期合作,结果近期以“Metabolomic Changes after Subacute Exposure to Polycyclic Aromatic hydrocarbons: A Natural Experiment among Healthy Travelers from Los Angeles to Beijing”为题发表于Environmental Science & Technology。
 
  课题组开发代谢组学技术,以系统识别高暴露场景下变化的代谢物,以及高暴露结束后的恢复情况。
 
  14、城市与环境学院王旭辉研究团队在全球农业灌溉研究中取得新进展
 
  北京大学城市与环境学院王旭辉研究员与合作者综合使用调查和统计数据以及10个全球作物模型,研制了全球小麦和玉米灌溉增产效应分布图,并解析了这两种作物的灌溉水供给与需求。
 
  该研究成果以“Global irrigation contribution to wheat and maize yield”为题发表于《自然—通讯》(Nature Communications)杂志。
 
  15、环境学院刘颖君与合作者在PNAS发文揭示室内臭氧反应机理与影响
 
  2021年2月1日,北京大学环境科学工程学院刘颖君研究员与合作者以直接投稿(Direct Submission)方式在《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表题为“Observing ozone chemistry in an occupied residence”的研究论文。
 
  该研究所得到的臭氧在低浓度水平下仍能显著影响室内空气有机组分的观测证据,对于我们深入认识臭氧健康效应具有启示意义。
 
  16、朱彤和薛涛研究团队系列研究证明中国大气污染治理显著改善公共健康
 
  北京大学环境科学与工程学院朱彤教授、公共卫生学院薛涛副研究员及其团队开展了系列研究,成果分别发表于PLOS Medicine、The Lancet Regional Health –Western Pacific和Annals of the American Thoracic Society。
 
  研究发现,CHARLS人群的PM2.5暴露水平在《大气十条》实施前(2011-2013年)无显著时间趋势,而在实施后迅速下降,进一步研究发现,PM2.5年均浓度每降低10 微克/立方米,研究人群呼气峰值流量(PEF)增加15 升/分钟、抑郁评分降低4%、家庭医疗支出节省252元/人,并且上述关联均为统计显著。
 
  17、高稳定性低温催化产氢取得突破性进展
 
  北京大学马丁教授课题组与中国科学院大学周武教授、大连理工大学石川教授、中科院山西煤化所温晓东研究员课题组合作,发现报道了一种高密度、高分散的原子级Pt物种(单位点Pt1物种以及亚纳米Ptn团簇)和α-MoC组成的界面催化结构用于高效催化水和CO活化。为燃料电池原位供氢提供了新思路。
 
  18、环境学院尚静课题组揭示烟炱颗粒光催化自氧化增强健康损伤
 
  系列研究成果发表在Environmental Science & Technology、Environmental Pollution、ACS Applied Materials & Interfaces等国际知名期刊上。
 
  北京大学环境科学与工程学院尚静课题组研究揭示了大气烟炱颗粒的“类rGO”结构特点和光催化活性,提出的烟炱颗粒的光催化自氧化机制为探讨其在大气化学反应中的意义提供了新的认知,也为评价烟炱颗粒的健康和气候效应提供了新的理论基础。
 
  19、极端光学研究团队朱瑞、龚旗煌等在钙钛矿光伏器件“埋底界面”研究方面取得重要突破
 
  北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”朱瑞研究员、龚旗煌院士与英国萨里大学张伟教授合作,在顶级材料期刊Advanced Materials(影响因子IF=27.40)上发表题为“Buried Interfaces in Halide Perovskite Photovoltaics”的研究论文。
 
  该研究工作对钙钛矿多晶薄膜“埋底界面”的微区形貌、化学组分、电子结构及光物理性质进行了充分分析,创新发展了多晶薄膜无损剥离技术、原位共聚焦荧光成像技术等,为今后研究多晶薄膜的底面特性提供了通用平台;也发现了薄膜底部相较于顶部具有更加严重的异质性,并进一步揭示了薄膜底部大量非辐射复合区域的主要来源,最终阐明了卤化铵上表面钝化技术的真实机理,颠覆了传统的机理认知,为今后钙钛矿多晶薄膜钝化技术的发展以及钝化分子的设计提供了系统的指导。
 

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