近日,我校环境科学与工程学院李钰敏博士迎来了自己人生中第一篇顶刊论文。她以第一作者的身份,首次揭示了大气有机气溶胶中“棕色氮”的吸光效应,为理解全球变暖带来全新的视角和依据。相关成果日前发表于国际顶级学术期刊 Science。
专注大气有机气溶胶研究,为相关领域提供新视角
李钰敏回忆,2019年,她正式成为了一名南方科技大学—香港科技大学联合培养博士生。“气候变化是当前全球面临的重大挑战,在入学之初,我和导师们就已经决定了要做和吸光性有机氮相关的研究。”
由李钰敏绘制的论文主图
起初,研究团队只探索生物质燃烧示踪物的模拟,后来逐步扩展到对有机氮气溶胶的模拟。随着对大气有机氮模式的逐步完善和对数据的积累,研究团队开始研究有机物中的含氮吸光性组分。
通过大量的研究和实验,研究团队最终创建了全球大气有机氮模型,将有机氮分为棕色氮和白色氮(不吸光的氮组分),并模拟了棕色氮向白色氮的光化学演化,和全球与区域的多个站点的观测数据对比。
他们发现,大气中的棕色氮的全球平均吸光性直接辐射效应为0.034瓦每平方米。其中棕色氮气溶胶贡献了全球有机气溶胶约70%的吸光效应,而且其化学演化过程主导了有机气溶胶吸光的时空变化。
全球变暖导致更多的生物质燃烧,释放更多棕色氮,这些物质又加剧升温,促进气候变暖,形成一个此前未知的正反馈机制。这一研究为理解大气有机气溶胶的气候效应提供了以氮为核心的新的视角,对理解地球气候—化学相互作用具有重要意义。
“遇到合拍的导师是我科研路上最幸运的事情”
“其实我之前并没有做过和大气相关的研究,所以一开始看文献看得格外磕绊。”经李钰敏回忆,在研究初期,需要查阅海量的文献。在文献调研过程中,她发现有机气溶胶的特色就是组分多、演化复杂,与之对应的测量技术、校准假设也各有千秋,导致观测数据存在差异,需要“因时制宜”,反复梳理统一标准。
“过去虽然有大量观测数据,但缺乏系统性整合。”李钰敏说,研究团队从零散的实验和观测中提炼规律,最终完成了全球模型的构建。
但这一过程并非一帆风顺。将有机氮的大气物理化学演化过程和光学性质全部纳入全球模式中进行验证,需要编写大量代码并进行复杂的模型调试。此外,比对观测数据时,由于现有测量技术的限制,有机气溶胶常与黑碳混合测量,需额外计算分离。而且不同的观测数据又可能基于不同的观测波段。这一过程导致多次返工。“对我来说,导师契合度的重要性远高于课题本身。每个导师都有自己独特的‘教学模式’和‘科研功法’,遇到了合拍的导师是我科研路上最幸运的事情。”她表示,导师们的科研风格及其独特的人格魅力,正是引领她踏上大气探索之路的关键因素。
课题组合影(傅宗玫、郁建珍组)
与郑春苗老师合影
她表示,本科时期的郑春苗老师以“放养式培养”奠定了她独立思考的根基,这种模式使她逐渐养成了独立主动思考、勇于积极与导师沟通的良好习惯。读博期间,李钰敏的两位导师的互补风格,形成了独特的培养范式。傅宗玫老师以“妈妈般的关怀”和对细节的关注培养了她严谨的科研习惯,而郁建珍老师的培养方式如道家思想般强调“延展性思维”。“这种双重训练让我既能在宏观层面把握研究方向,从探索生物质燃烧示踪物的模拟到对有机氮气溶胶的模拟,又能在微观层面深挖科学问题,点线面相结合构建全球大气有机氮模型。”李钰敏说。
谈起科研中最煎熬的阶段,李钰敏将其总结为“反复试错的淬炼”,虽然煎熬但自己却享受这种探索未知的乐趣:“科研需要‘五成机会就敢试’的勇气——成则积累经验,败则调整方向,总之不能让好奇心生锈。就像导师鼓励我的那样,谁都能解决的问题,何须你来挑战?”这种“挑战舒适区”的精神,贯穿于她的研究选择:从水文到大气,从传统模式到前沿理论,她始终以“非典型路径”突破学科壁垒。
在科研与生活中寻找平衡点
受父母的熏陶,李钰敏从小就热爱传统文化,弹琴、下棋、书法、诗词等爱好,不仅丰富了她的生活,也成为了她的科研灵感催化剂。在本科期间,她曾担任书画社副社长,参办画展、写诗填词,是大家公认的才女。
李钰敏作为毕业礼物送给学校师生的书法、国画作品
面对科研中的压力和挑战,李钰敏以传统文化为“调节器”。她将绘画功底应用于科研配图的绘制,创作出别出心裁又便于理解的概念图。用 “下棋” 比喻科研,是李钰敏对自身经历的凝练:“我从傅老师身上习得‘善弈者谋势’,又从郁老师身上领悟‘落子要灵活’,这些理念早已融入我的研究逻辑。”
这些科研探索与传统文化哲学理念的交错共鸣,使她始终保持“佛系而不敷衍”的心境。在这次顶刊发表的过程中,首次给 Nature 投稿被拒后,李钰敏并没有灰心。她听从导师的建议,认真分析原因,重新修改后转投 Science,最终获得了成功:“科研恰似下棋,需要‘步步为营’,但不必执着于寻找‘妙手翻盘’——只要每一步都扎实稳健,结果自会水到渠成。”
李钰敏在苏黎世联邦理工大学课题组合影
面对立志投身科研的学弟学妹,她强调两个“必需品”:“科研需要扎实的基础知识,以及契合的导师指导。”在她看来,科研如同长途跋涉,若没有“精神支柱”和“引航灯塔”很容易在挫折中放弃。
李钰敏目前在苏黎世联邦理工做博士后研究,她将继续进行有机气溶胶相态变化研究,虽因“小众”而少有人问津,却是大气气溶胶的核心基础。作为青年科研者,李钰敏对“中国式现代化”进程中的科研使命有着清晰认知:“科研工作者是知识边界的开拓者。哪怕当下研究看似‘无用’,却是未来应用的基石。”
供稿:环境科学与工程学院
通讯员:周亦滢
编辑:曾昱雯