刘文清：照亮环境之光

　　文/本刊记者 王怡

　　健康的生态环境需要洁净的空气，治理大气污染则需要“对症下药”。在广阔流动的大气环境中要想了解污染物的成分，能够随时监测掌握成分变化就变得重要起来。

　　“一束光打过去，就知道污染物浓度是多少。像医生给病人做CT一样，我们是给大气环境做CT的人。”中国的环境光学监测发展到如今，离不开刘文清的艰辛开辟与精心耕耘。

　　刘文清是中国工程院院士、中国科学院合肥物质科学研究院学术委员会主任、安徽光学精密机械研究所学术所长。40年间，刘文清率领团队建立了包括400多种大气污染物、100多种水体污染物、20多种土壤重金属污染物的光谱特征数据库，研发了污染物光谱定量解析算法和工程化应用软件，不仅能为大气环境“把脉”，还能“诊断”水体、土壤的污染情况。

　　制高点拓荒

　　1995年，国外发射了采用光谱技术的大气环境监测卫星，可以获得区域和全球大气环境污染的状况。那时刘文清正在国外学习，自1978年从中国科学技术大学物理系光学与激光专业毕业后，他先后在意大利、希腊等国家进修学习，1996年至1998年，又在日本千叶大学环境遥感中心进行博士后研究。

　　一心科研报国的刘文清在回国后发现我国的环境监测仍处于现场采样、实验室分析阶段，直读型、在线型、应急仪器基本是采购自国外。科研水平的差距刺痛了青年刘文清的心，“选准方向，做国家最需要的事，就是出发点。”

　　不仅是关键技术受制于其他国家的问题，从行业角度看，大气环境监测仅靠地面站远远不够。如何以科学的方法、准确的数据表征我国当前环境质量现状和变化趋势，及时跟踪污染源变化，实现环境质量报告和预警，采用先进环境监测技术是必然的选择。

　　与传统监测方式相比，光学监测的优势表现在具有非接触测量、灵敏度高、选择性好、适用范围广等方面。环境光学监测的作用原理是当激光穿过大气后，与大气粒子发生相互作用，空气中的各种成分都有自己的特征吸收光谱，通过激光与大气中各种物质相互作用产生的信号，分析光路上不同高度的污染物的成分和含量。

　　1998年5月，以刘文清为主任的环境光学监测研究室在中国科学院安徽光学精密机械研究所正式成立。自此，刘文清带领团队将目光对准了环境光学监测领域，开拓了我国环境光学新领域。

　　此后，“环境光学”这一以光学、光谱学和环境科学为主的新兴交叉学科以蓬勃之姿不断发展壮大，中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学研究中心也成为我国环境光学在线监测技术的创新源头，先后承担国家、中国科学院及省级科研项目100多项，获得国家、省部级科技成果30余项，国家专利90多项，软件登记140多项，其中国家科技进步奖二等奖3项，省部级科技进步奖一等奖5项、二等奖4项。

　　“接地气”攻坚

　　在回忆中国光学监测技术发展主要经历的三个阶段时，刘文清说：“最困难的是第一发展阶段，当时国产光学监测技术设备刚起步，要不断提升技术水平和经验积累，通过提高国产设备的稳定性、可靠性，最终实现对进口仪器设备的替代。”

　　1999年，刘文清领导的环境光学监测研究室得到研究所20万元启动经费支持。中国的环境光学监测发展正是从一个接口、一个芯片到一台仪器，从一个数据、一段光谱到一个技术难题开始实现自主创新的。研究室的灯光通宵亮着，他们不断试验、失败，再试验、再失败……终于，成功地研制出第一块完全合格的高品质点式环境空气二氧化硫监测仪模块，然后是第一台完整的仪器。

　　为研究煤矿有毒气体探测仪器，刘文清钻进煤矿巷道，进行一线调研；为研发机动车尾气探测仪器，刘文清将团队成员“赶”到大街，观察机动车排放污染气体，对行驶中的机动车进行探测……凭着刻苦钻研、求真求实的科研精神，团队顺利交付一个个项目，创建了中国环境光学监测技术体系和研发平台，创新发展了光学监测技术与方法，建立了具有国际先进水平的大气环境综合立体监测系统。

　　2008年，刘文清主持了“北京及周边地区奥运大气环境监测和预警联合行动计划”项目。14年后的2022年北京冬奥会，技术提升至将高分辨率高精度地基和卫星联合遥感手段结合起来，进行多技术的交叉印证，为更准确地实现重点排放源的识别和动态监控提供更多的支撑。在上海世博会、广州亚运会、北京APEC会议、G20峰会、金砖国家领导人会议等国际性盛会的背后，都有刘文清带领团队攻坚克难的身影。

　　加速度并跑

　　40年来，刘文清带领团队聚焦国家重大战略需求，加快突破关键核心技术，为建设天蓝、水清、草美的生态环境，打造了一个“天、地、空一体化”的立体综合监测网。

　　2018年5月9日，发射成功的高分五号卫星是我国第一颗可有效探测区域大气污染的国产卫星，标志着我国高光谱分辨遥感卫星技术达到了国际先进水平。

　　卫星搭载着安徽光学精密机械研究所自主研制的3台环境光学监测仪器飞向苍穹，作为设备的总设计师，在卫星发射现场，刘文清流泪了。这是中国首次从卫星平台上清晰地动态地掌握全球污染信息，不仅为控制大气污染提供技术支持，还为更加科学地制定发展规划和产业结构政策贡献了力量。

　　从一纸空白起步，我国大气环境监测实现了从地基遥感，到机载和星载平台区域及全球大气环境遥感监测的重大跨越。从生态环境监测技术的主要领域来看，目前自主研发的技术和设备基本可以满足我国环境管理的需要，在远程化、智能化、支撑科学决策和精准监管等方面取得很大进步，我国的大气环境光学监测技术基本处于与世界先进水平的并跑阶段。

　　刘文清关注中国环境外交的国际话语权，时刻把国之重任担在肩上，他认为“必须走出一条有中国特色的监测改革发展新路子”。放眼中国环境光学监测的新天地，刘文清说，“离子源、紫外激光器、中红外激光器、光电探测器、高灵敏的成像探测器、紫外波段多次反射池、四极杆等关键‘卡脖子’部件有待进一步突破”。