“中国大气复合污染的成因、健康影响与应对机制”联合重大研究计划2015年度项目指南 日期:2015-8-3

    为贯彻落实国务院《大气污染防治行动计划》,国家自然科学基金委员会围绕大气污染形成机理及大气污染对健康的影响正式启动“中国大气复合污染成因、健康影响与应对机制”联合重大研究计划项目。该联合重大研究计划包括两部分内容:“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”和“大气细颗粒物的毒理与健康效应”。

    第一部分 中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究

    中国大气污染成因复杂,是环境领域的国际前沿科学问题。大气复合污染来自于多种污染源排放的气态和颗粒态一次污染物,以及经系列的物理、化学过程形成的二次细颗粒物和臭氧等二次污染物。这些污染物与天气、气候系统相互作用和影响,形成高浓度的污染,并在大范围的区域间相互输送与反应。大气复合污染应对机制研究是我国社会、经济发展的重大战略需求,治理大气复合污染的创新思想来源于对大气物理、化学过程的深入认识,揭示大气复合污染的成因、发展应对机制需要多学科交叉、联合攻关。

    一、科学目标

    旨在围绕大气复合污染形成的物理与化学过程与控制技术原理的重大科学问题,揭示形成大气复合污染的关键化学过程和关键大气物理过程,阐明大气复合污染的成因,建立大气复合污染成因的理论体系,发展大气复合污染探测、来源解析、决策系统分析的新原理与新方法,提出控制我国大气复合污染的创新性思路。

    二、核心科学问题

    本部分的核心科学问题是:“大气复合污染形成的物理和化学过程及控制的关键技术原理与应对机制”,将围绕以下三个关键科学问题组织实施。

    (一)大气氧化性与大气复合污染生成的关键化学过程;

    (二)大气多尺度物理过程与大气复合污染的相互作用;

    (三)大气复合污染的关键控制技术原理与应对机制。

    三、2015年度拟重点资助的研究方向和项目布局

    (一)大气复合污染来源识别。

    大气复合污染的应对机制研究依赖于准确的源排放质量。针对我国大气污染源排放已做了大量的研究,但缺乏对已有源清单的质量和不确定性的系统综合分析,一些关键源(如氨、挥发性有机物、生物质燃烧、矿物颗粒物)的清单还很不全面、不确定性还很高。此外,大气复合污染来源复杂且处于快速变化中,为此需要综合利用高分辨率源清单、离线和在线大气化学优化测量手段及空气质量模型发展高时间分辨率的源解析原理与方法;以及发展源类快速判别和动态定量的前沿方法,建立多种源解析方法综合校验体系。

    2015年通过2-4个培育项目优先支持氨、挥发性有机物、生物质燃烧、矿物颗粒物的源清单建立与校验(京津冀地区);以2-3个重点支持项目优先支持大气复合污染过程来源解析的新原理与新算法研究,发展高时空分辨率源解析方法,探索污染源类快速识别、动态定量与综合校验。

    由于“中国-英国大气污染国际合作研究计划”已经布局一个北京市来源辨析和释放清单研究重大项目(1500万元),本计划不再设置北京地区类似项目。

    (二)大气复合污染生成的关键化学过程。

    大气氧化性与自由基化学:大气氧化性决定了大气中主要污染物的生成和去除,是大气复合污染形成的核心。大气氧化性主要由对流层中大气自由基化学决定,揭示大气自由基化学是大气氧化性研究和大气污染成因研究的核心挑战。

    新粒子生成与颗粒物演变机制:目前对大气气态前体物如何通过气粒转化形成二次颗粒物,尤其对二次有机气溶胶形成机制认识还很不清楚。新粒子生成与颗粒物演变机制是大气复合污染形成机理的重要前沿基础和挑战性科学问题。

    大气颗粒物表/界面的多相反应机制:在中国目前的大范围大气细颗粒物污染严重超标时,大气颗粒物的多相反应机制可能起着关键的作用,但目前对这一类反应及其在灰霾形成中的作用机制了解非常有限。

    2015年通过2-3个培育项目、3-5重点支持项目优先资助大气复合污染形成中关键化学机理的实验室过程研究,以及观测技术原理研究;通过3-5个重点支持项目优先资助在颗粒物浓度高、大气氧化性强、来源繁多、化学反应机理复杂的区域(华北、长三角)开展大气复合污染生成关键化学过程的观测、模式模拟与分析研究;通过2-4个重点支持项目优先资助挥发性有机物的光化学反应的观测、模式模拟与分析研究(优先考虑光化学反应活跃区,如珠江三角洲,及其与其他区域的对比研究)。

    支持研究方向包括:大气自由基在局地与区域尺度上的收支分析及循环机制,大气自由基的化学反应动力学及其对大气复合污染生成的贡献,生成大气自由基的化学过程及其前体物;大气纳米颗粒物化学组分测量原理与技术,大气新粒子形成和生长中的化学机理,大气气态有机物生成二次有机气溶胶的关键机制;大气单颗粒物的组成与混合状态观测原理与技术,不同来源颗粒物及其混合状态下的表面、内层结构特征;大气颗粒物界面快速催化过程和气-固-液多相反应机制。

    (三)大气物理过程与大气复合污染的生成。

    大气物理过程与大气复合污染的相互影响机制:大气物理过程在多种尺度上决定着大气复合污染的生成,控制着大气污染的积累、输送和地-气交换。而大气污染物也通过影响光学-辐射特性、参与云雾形成影响大气物理过程。

    大气重污染过程与边界层结构变化:大气复合污染的形成与大气边界层结构密切相关。在重污染形成过程中,尤其需要研究大气边界层的特征及其与大气污染物的相互作用机制,边界层结构变化对污染物积累、重污染事件形成的贡献。

    气候变化与我国大气复合污染的联系:大气复合污染与气候变化间存在着复杂的联系。为把握大气复合污染的长期变化,科学认识大气复合污染长期变化中的天气气候因素和污染排放因素的相对贡献,需要深入研究各种形成大气复合污染的大气成分长期变化、导致大气复合污染的气象条件的长期变化规律,揭示其与气候变化的相互作用过程与机制。

    2015年以2-4个培育项目,6-9个重点支持项目优先资助华北地区、长三角地区以及少量具有典型地形或下垫面类型地区的观测试验与模拟研究;以1-2项培育项目,3-6项重点项目,优先资助覆盖全国范围又重点关注主要重污染区(包括华北、长三角、珠三角、四川盆地、东北等)的诊断和模拟研究,对象包括不同季节(冬半年、夏半年)、不同类型污染下的气候条件以及空气污染与天气气候的相互作用。

    与研究方向(三)大气物理过程与大气复合污染的生成有关的申请项目,应该考虑和设计对大气物理过程与大气化学过程耦合对大气复合污染形成的作用机制,项目遴选将优先考虑充分体现大气物理和大气化学过程耦合过程研究内容的申请项目。

    支持研究方向包括:大气物理过程与大气污染物的输送、化学转化及清除的相互作用机制,大气污染物、辐射、云与降水的相互作用;大气污染物边界层垂直探测新方法,大气重污染过程的大气边界层特征及理化结构,边界层结构变化与重污染过程相互作用机制;气候变化对大气复合污染长期变化的影响机制,大气污染物对天气气候的影响。

    四、遴选项目的基本原则

    本部分主要资助“重点支持项目”,同时支持少量“培育项目”和“集成项目”。对于有很好的创新学术思想和研究价值,有良好的研究基础和成果积累,且对重大研究计划总体目标有较大贡献的申请项目,将以“重点支持项目”予以资助;本部分将以“项目群”的方式资助针对重点地区(尤其是华北和长三角地区)和集中科学问题的研究。对于有较好创新学术思路和研究价值,研究区域在华北、长三角以外且有地域特色的申请项目,将主要以“培育项目”方式予以资助。本部分拟以“培育项目”的方式资助科普项目1项,要求该项目对实施过程中的重要科学发现给予追踪科普报道。本部分在后期将主要以“集成项目”的方式,资助对实现重大研究计划总体目标有决定作用,能实现本部分资助的观测实验和数值模拟的集成,对大气污染治理决策起到科学支撑作用的研究。

    申请书选题应符合本重大研究计划的实施原则,解决与计划总体目标紧密相关的关键科学问题,突破理论与技术方法瓶颈。项目申请书应瞄准重大研究计划的核心科学问题,突出有限目标,强调原创性与前沿基础科学问题的研究,论述对实现重大研究计划总体目标的贡献,以及与其他已获得资助的相关项目或项目群之间的关系。不符合《指南》的申请将不予受理。

    五、2015年度资助计划

    本部分总经费为2.0亿元,预计执行期为6年,立项资助主要在前4年进行。拟资助“培育项目”12项,“重点支持项目”50项,集成项目1项。

    2015年度计划资助“直接费用”8000万元,占总经费40-50%。拟资助20-30个“重点支持项目”,平均资助强度320万元/项,项目执行期为4年,申请书中的研究期限应填写“2016年1月-2019年12月”;拟资助10-12个“培育项目”,平均资助强度100万元/项,项目执行期为3年,申请书中的研究期限应填写“2016年1月-2018年12月” 。

    第二部分 大气细颗粒物的毒理与健康效应

    由于经济的高速发展,发达国家百年经历的不同工业发展阶段的大气污染问题在我国以压缩的方式同时集中显现。最突出的便是近年来频发的大气雾霾,其涉及区域广、强度高且持续时间长。我国大气细颗粒物来源与成因复杂,其毒性组分和致毒机制不清,不能照搬国外研究模式与结果解析,因此,结合我国大气雾霾的特点,开展大气细颗粒物的毒理机制与健康危害研究,将对解析我国雾霾对人群健康的危害,创新雾霾的毒理与健康危害研究的方法学和理论体系,推动我国环境污染与健康研究的发展具有重要意义。本重大研究计划拟组织化学、环境、毒理学、生命、医学等多学科领域专家进行系统的基础研究和合作攻关,通过理论与方法学创新,在探明细颗粒物关键致毒组分与毒性机理的基础上,研究其生物效应和与疾病危害相关的影响机制。

    一、科学目标

    旨在围绕大气细颗粒物毒理机制与健康危害的重大科学问题,解析雾霾关键毒性成分及其来源和暴露途径;提出并建立人群长期暴露评估的方法,阐明我国雾霾高发地区典型大气细颗粒物污染的暴露特征;寻找并利用代谢组、遗传和表观遗传生物标志物,解析细颗粒物对关键信号路径的扰动作用,诠释我国特征大气细颗粒物毒性组分的生物学效应和毒理学机制;揭示大气细颗粒物可能诱发的机体应答与机体损伤作用机理,阐明大气细颗粒物污染与相关疾病的联系及其可能的影响机制。

    二、核心科学问题

    本部分的核心科学问题是“大气细颗粒物的毒性组分、毒理机制与健康危害”,将围绕以下三个关键科学问题组织实施。

    (一)典型区域大气细颗粒物的毒性组分及暴露研究方法;

    (二)大气细颗粒物毒性组分的生物学效应与毒理学机制;

    (三)大气细颗粒物的健康危害效应。

    三、2015年度拟重点资助的研究方向

    (一)大气细颗粒物毒性组分的来源、演化与甄别。

    雾霾的发生伴随着大量组分复杂、毒性不明的二次细颗粒物的生成。解析细颗粒物中对健康损伤起关键作用的毒性组分是研究雾霾对健康影响所面临的挑战。2015年优先支持效应导向的细颗粒物组分鉴定、甄别、来源追踪方法研究,探索颗粒物组分活化和毒性增强的环境过程机制;关注我国典型区域大气细颗粒物形态、一/二次粒子比例及毒性组分的时空分布特征,研究二次粒子形成过程中无毒组分的活化及新毒性物质的生成。   

    (二)大气细颗粒物的暴露组学。

    细颗粒物污染是典型的复合污染,其人群暴露同时取决于组成特征、暴露方式、暴露剂量和暴露频次等多重因素。2015年支持基于暴露组学研究理念,发展大气细颗粒物污染的人群长期暴露评估理论和方法,研究大气细颗粒物污染的暴露标志物,关注细颗粒物个体暴露评价方法研究,以及与本研究相关的海量数据采集、处理及系统生物学方法的探索。

    (三)细颗粒物组分与生物分子的交互作用及毒性机理。

    环境污染与生物分子作用是污染致毒的起点,细颗粒物组分与毒性作用通路关键生物分子作用认识的匮乏致使难以厘清其引发毒性效应的分子机制。2015年支持细颗粒物组分经核酸损伤、修饰等诱发的遗传和表观遗传改变研究,关注细颗粒物组分可能引发的靶蛋白功能障碍和相关机体应激反应;研究大气细颗粒物组分的生物屏障穿透性评价和细胞内分布、示踪与表征方法,探求细颗粒物组分与生物分子作用及其对关键毒性作用通路的干扰。

    (四)大气细颗粒物污染人群健康危害的流行病学研究。

    细颗粒物污染的特征效应标志物和分子流行病学研究方法的缺失使得当前流行病学数据无法确认污染与区域高发疾病的关联并支持健康危害机制的解析。2015年启动细颗粒物污染的效应标志物和分子流行病学方法研究,资助细颗粒物所致呼吸和心血管系统功能异常等短期健康效应的定群研究,根据已有基础启动细颗粒物污染与慢阻肺等疾病相关的队列研究。

    (五)大气细颗粒物毒性组分的健康危害机制。

    已有人群调查数据显示大气细颗粒物污染与哮喘、慢阻肺等呼吸和心血管系统疾病乃至肺癌等恶性肿瘤的高发有关。由于疾病成因复杂,细颗粒物毒性组分在致病过程中作用不明。2015年重点资助大气细颗粒物毒性组分诱发呼吸系统炎症及靶器官功能紊乱的生物学机制,探索与之相匹配的大气细颗粒物诱发特定机体损伤的细胞、组织、动物模型和评价方法学。

    四、遴选项目的基本原则

    本部分主要以“培育项目”、“重点支持项目”和“集成项目”的形式予以资助,三类项目在资助强度和实现目标上有所不同。对有较好的创新学术思路和研究价值,但尚需进一步探索研究的申请项目,将以“培育项目”方式予以资助。对有很好的创新学术思想和研究价值,有良好的研究基础和成果积累,且对重大计划总体目标有较大贡献的申请项目,将以“重点支持项目”的方式予以资助。对实现重大计划总体目标有决定作用的研究方向,将以更大支持强度的“集成项目”方式予以资助。申请书选题应符合本重大研究计划的实施原则,解决与计划总体目标紧密相关的关键科学问题,突破领域方法瓶颈。申请书应瞄准本重大研究计划的核心科学问题,突出有限目标,强调原创性与前沿基础科学问题的研究,论述对实现重大研究计划总体目标的贡献,不符合《指南》的申请将不予受理。

    五、2015年度资助计划

    本部分计划总经费为2.0亿元,预计执行期为8年,立项资助工作主要在前6年进行。

    2015年度计划资助“直接费用”约5000万元,占总经费25%。拟资助“培育项目”约30项,平均资助强度90万元/项,项目执行期为3年,申请书中的研究期限应填写“2016年1月-2018年12月”;拟资助“重点支持项目”约8项,平均资助强度300万元/项,项目执行期为4年,申请书中的研究期限应填写“2016年1月-2019年12月”。

 

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