劉文清：照亮環(huán)境之光

健康的生態(tài)環(huán)境需要潔凈的空氣，治理大氣污染則需要“對(duì)癥下藥”。在廣闊流動(dòng)的大氣環(huán)境中要想了解污染物的成分，能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)掌握成分變化就變得重要起來。

“一束光打過去，就知道污染物濃度是多少。像醫(yī)生給病人做CT一樣，我們是給大氣環(huán)境做CT的人?！敝袊?guó)的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)發(fā)展到如今，離不開劉文清的艱辛開辟與精心耕耘。

劉文清是中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所學(xué)術(shù)所長(zhǎng)。40年間，劉文清率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立了包括400多種大氣污染物、100多種水體污染物、20多種土壤重金屬污染物的光譜特征數(shù)據(jù)庫，研發(fā)了污染物光譜定量解析算法和工程化應(yīng)用軟件，不僅能為大氣環(huán)境“把脈”，還能“診斷”水體、土壤的污染情況。

制高點(diǎn)拓荒

1995年，國(guó)外發(fā)射了采用光譜技術(shù)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，可以獲得區(qū)域和全球大氣環(huán)境污染的狀況。那時(shí)劉文清正在國(guó)外學(xué)習(xí)，自1978年從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系光學(xué)與激光專業(yè)畢業(yè)后，他先后在意大利、希臘等國(guó)家進(jìn)修學(xué)習(xí)，1996年至1998年，又在日本千葉大學(xué)環(huán)境遙感中心進(jìn)行博士后研究。

一心科研報(bào)國(guó)的劉文清在回國(guó)后發(fā)現(xiàn)我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)仍處于現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室分析階段，直讀型、在線型、應(yīng)急儀器基本是采購(gòu)自國(guó)外?？蒲兴降牟罹啻掏戳饲嗄陝⑽那宓男模斑x準(zhǔn)方向，做國(guó)家最需要的事，就是出發(fā)點(diǎn)?！?/p>

不僅是關(guān)鍵技術(shù)受制于其他國(guó)家的問題，從行業(yè)角度看，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)僅靠地面站遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如何以科學(xué)的方法、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)表征我國(guó)當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)，及時(shí)跟蹤污染源變化，實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量報(bào)告和預(yù)警，采用先進(jìn)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)是必然的選擇。

與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式相比，光學(xué)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在具有非接觸測(cè)量、靈敏度高、選擇性好、適用范圍廣等方面。環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)的作用原理是當(dāng)激光穿過大氣后，與大氣粒子發(fā)生相互作用，空氣中的各種成分都有自己的特征吸收光譜，通過激光與大氣中各種物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，分析光路上不同高度的污染物的成分和含量。

1998年5月，以劉文清為主任的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)研究室在中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所正式成立。自此，劉文清帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將目光對(duì)準(zhǔn)了環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，開拓了我國(guó)環(huán)境光學(xué)新領(lǐng)域。

此后，“環(huán)境光學(xué)”這一以光學(xué)、光譜學(xué)和環(huán)境科學(xué)為主的新興交叉學(xué)科以蓬勃之姿不斷發(fā)展壯大，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所環(huán)境光學(xué)研究中心也成為我國(guó)環(huán)境光學(xué)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新源頭，先后承擔(dān)國(guó)家、中國(guó)科學(xué)院及省級(jí)科研項(xiàng)目100多項(xiàng)，獲得國(guó)家、省部級(jí)科技成果30余項(xiàng)，國(guó)家專利90多項(xiàng)，軟件登記140多項(xiàng)，其中國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。

“接地氣”攻堅(jiān)

在回憶中國(guó)光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷的三個(gè)階段時(shí)，劉文清說：“最困難的是第一發(fā)展階段，當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)備剛起步，要不斷提升技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)積累，通過提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)口儀器設(shè)備的替代?！?/p>

1999年，劉文清領(lǐng)導(dǎo)的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)研究室得到研究所20萬元啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)支持。中國(guó)的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)發(fā)展正是從一個(gè)接口、一個(gè)芯片到一臺(tái)儀器，從一個(gè)數(shù)據(jù)、一段光譜到一個(gè)技術(shù)難題開始實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的。研究室的燈光通宵亮著，他們不斷試驗(yàn)、失敗，再試驗(yàn)、再失敗……終于，成功地研制出第一塊完全合格的高品質(zhì)點(diǎn)式環(huán)境空氣二氧化硫監(jiān)測(cè)儀模塊，然后是第一臺(tái)完整的儀器。

為研究煤礦有毒氣體探測(cè)儀器，劉文清鉆進(jìn)煤礦巷道，進(jìn)行一線調(diào)研；為研發(fā)機(jī)動(dòng)車尾氣探測(cè)儀器，劉文清將團(tuán)隊(duì)成員“趕”到大街，觀察機(jī)動(dòng)車排放污染氣體，對(duì)行駛中的機(jī)動(dòng)車進(jìn)行探測(cè)……憑著刻苦鉆研、求真求實(shí)的科研精神，團(tuán)隊(duì)順利交付一個(gè)個(gè)項(xiàng)目，創(chuàng)建了中國(guó)環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)體系和研發(fā)平臺(tái)，創(chuàng)新發(fā)展了光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法，建立了具有國(guó)際先進(jìn)水平的大氣環(huán)境綜合立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2008年，劉文清主持了“北京及周邊地區(qū)奧運(yùn)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)警聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目。14年后的2022年北京冬奧會(huì)，技術(shù)提升至將高分辨率高精度地基和衛(wèi)星聯(lián)合遙感手段結(jié)合起來，進(jìn)行多技術(shù)的交叉印證，為更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)排放源的識(shí)別和動(dòng)態(tài)監(jiān)控提供更多的支撐。在上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)、北京APEC會(huì)議、G20峰會(huì)、金磚國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)議等國(guó)際性盛會(huì)的背后，都有劉文清帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難的身影。

加速度并跑

40年來，劉文清帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聚焦國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，為建設(shè)天藍(lán)、水清、草美的生態(tài)環(huán)境，打造了一個(gè)“天、地、空一體化”的立體綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

2018年5月9日，發(fā)射成功的高分五號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)第一顆可有效探測(cè)區(qū)域大氣污染的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星，標(biāo)志著我國(guó)高光譜分辨遙感衛(wèi)星技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

衛(wèi)星搭載著安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所自主研制的3臺(tái)環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)儀器飛向蒼穹，作為設(shè)備的總設(shè)計(jì)師，在衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)，劉文清流淚了。這是中國(guó)首次從衛(wèi)星平臺(tái)上清晰地動(dòng)態(tài)地掌握全球污染信息，不僅為控制大氣污染提供技術(shù)支持，還為更加科學(xué)地制定發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策貢獻(xiàn)了力量。

從一紙空白起步，我國(guó)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了從地基遙感，到機(jī)載和星載平臺(tái)區(qū)域及全球大氣環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的重大跨越。從生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要領(lǐng)域來看，目前自主研發(fā)的技術(shù)和設(shè)備基本可以滿足我國(guó)環(huán)境管理的需要，在遠(yuǎn)程化、智能化、支撐科學(xué)決策和精準(zhǔn)監(jiān)管等方面取得很大進(jìn)步，我國(guó)的大氣環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)基本處于與世界先進(jìn)水平的并跑階段。

劉文清關(guān)注中國(guó)環(huán)境外交的國(guó)際話語權(quán)，時(shí)刻把國(guó)之重任擔(dān)在肩上，他認(rèn)為“必須走出一條有中國(guó)特色的監(jiān)測(cè)改革發(fā)展新路子”。放眼中國(guó)環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)的新天地，劉文清說，“離子源、紫外激光器、中紅外激光器、光電探測(cè)器、高靈敏的成像探測(cè)器、紫外波段多次反射池、四極桿等關(guān)鍵‘卡脖子’部件有待進(jìn)一步突破”。