通过给大气“拍CT”，就能捕获到污染物的蛛丝马迹。
情况光学监测就像是给大气做CT扫描，中国工程院院士、中科院安徽光学精巧机械研究所学术所长刘文清也被称为“给大气情况做CT的人”。
他率领团队成立了包罗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利用软件，不只能为大气情况“评脉”，还能“诊断”水体、土壤的污染情状。
情况监测手艺为准确、及时、有效地“说清情况量量及改变趋向、说清污染排放情况、说清潜在的情况风险”供给了科学的根底数据。刘文清告诉新京报贝壳财经记者，“情况监测手艺是情况治理的根底，是情况执法的标尺。同时，情况监测手艺的不竭立异能够有力鞭策我国的绿色低碳开展。”
党的二十大陈述提出深进推进情况污染防治，继续深进打好蓝天、碧水、净土庇护战。提拔情况根底设备建立程度，推进城村夫居情况整治。
关于将来，刘文清表达，我们的立异标的目的将集中在鞭策监测手艺的立异、国产仪器的财产化及情况监测手艺系统的成立。
中国工程院院士、中科院安徽光学精巧机械研究所学术所长刘文清。受访者供图
谈情况监测手艺：
情况监测手艺是情况治理的根底，是情况执法的标尺
新京报贝壳财经：为什么说情况监测手艺是情况治理的根本手段？
刘文清：举个简单例子，影像手艺的开展，无论是X射线、CT成像，到MRI成像，仍是新兴的分子影像，都极大地鞭策着根底医学研究和医疗诊断程度的提拔。
同样，情况监测手艺为准确、及时、有效地“说清情况量量及改变趋向、说清污染排放情况、说清潜在的情况风险”供给了科学的根底数据。所以说，情况监测手艺是情况治理的根底，是情况执法的标尺。同时，新的情况监测手艺是我国绿色低碳开展的浩荡鞭策力。
新京报贝壳财经：你不断处置情况监测手艺研究和利用方面的工做，在你看来，那十年间，情况监测范畴有什么改动？有哪些标记性成就？
刘文清：颠末十多年的开展，我国环保财产已到达年万亿级规模，构成笼盖水、大气、土壤、固废、情况监测等重点范畴的污染治理手艺配备系统。
从情况监测手艺看，目前自主研发的手艺和设备实现了全笼盖，手艺程度根本处于与世界程度的并跑阶段。好比自主研发了大气自在基现场监测系统，使得我国成为国际上为数不多的能实现超痕量大气自在基监测的国度。
在卫星远感方面，我国完成了超光谱情况监测卫星高分五号01星和02星的自主设想、发射和数据摘集。基于该系列卫星，开发了一系列原创性手艺，征服了硬件不敷的缺点。同时，还通过合成地基远感产物，自主研发了多种关键性大气污染物的卫星反演算法，胜利利用于国度情况治理，标记着星载情况监测手艺已经处于国际先辈行列。
此外，为助力实现碳达峰、碳中和目标，我国历时两年攻坚克难，发射了首颗温室气体监测卫星TanSat，处理了光谱量量低等一系列手艺难题，胜利反表演全球二氧化碳产物，其精度接近国际更先进程度，使我国成为全球第三个能够独立自主供给全球二氧化碳反演产物的国度。
谈大气CT扫描：
助力于大气污染物和气溶胶颗粒物的垂曲时空散布监测
新京报贝壳财经：你屡次提出，情况光学监测就像是给大气做 CT 扫描，能简单介绍一下大气情况拍 CT 是什么原理吗？若何搀扶帮助更好地发现问题、治理问题？
刘文清：地球大气次要成分是氮、氧、氩、二氧化碳，及比例不到0.04%的痕量气体构成。而痕量气体中，如氮氧化合物、碳氢化合物、硫化物和氯化物。它们参与大气化学轮回，在大气中的滞留期为几天至几十年，以至更长。虽然目前大气次要成分没有发作太大改变，但是因为人类的天然进化和人类活动使得痕量成分改变明显 。那些痕量成分的改变，以及其引发的大气化学过程和物理特征的改变会引起空气量量和天气的改变。
情况光学就是研究光与情况物量的彼此感化的学科，把光学手艺利用于情况监测，构成了情况光学监测手艺。通俗地讲，大气情况中有各类各样的物量成分，包罗污染物，它们都有本身的特征吸收光谱，一束光打出往或者操纵太阳散射光，各类各样的情况组分或者污染物会在吸收、散射必然的光波长，构成特征光谱。
现实上就像人的指纹一样，通过一些仪器、设备和必然的计算办法、阐发办法就能把它们检测、丈量出来，好比说50米、100米，以至到几公里几十公里，在那个层面上，它的污染物是怎么样散布的，怎么样输送的，就好像给大气做一个CT扫描。
针对大气情况污染三维问题，摘用多角度扫描获得差别角度的光谱，成立了污染物层析三维散布探测办法，就像医学CT影像一样，可实时获得污染物随时间－空间散布的改变，实现了大气污染物和气溶胶颗粒物的垂曲时空散布监测。
目前包罗在卫星平台上对大气情况成分的监测根本上都是摘用光谱学手艺，因为具有非接触、无摘样、高灵敏度、大范畴快速监测等特征，是国际上情况监测手艺的次要开展标的目的之一。
新京报贝壳财经：当前，我国光学情况监测手艺的开展还有哪些“短板”待打破？
刘文清：目前情况监测自主研发的手艺和设备实现了全笼盖，手艺程度根本处于与世界程度的并跑阶段。但是高档情况监测配备立异才能还需要加强。
一是要处理情况监测配备的“空芯化”问题，次要是关键核心部件依靠进口，好比高重频全固态激光器、高辨认傅里叶光谱仪、超高灵敏微电流检测计等。
二是要处理情况监测配备的“可靠性”问题。可靠性有可能成为手艺立异的一个严峻障碍，造约了我国情况配备财产开展。
所以，我们期看以手艺立异和关键手艺的打破为根底，进一步处理高手艺功效到适用化产物之间存在的工程手艺问题。研发大气活性物量、工业园区挥发性有机物、生态气象要素、生物气溶胶等高灵敏监测手艺配备，称心国度情况监测新需求。
中国工程院院士、中科院安徽光学精巧机械研究所学术所长刘文清。受访者供图
谈机遇与挑战：
陆续鞭策相关手艺快速朝上进步，牢牢把住我国温室气体的数据平安大门
新京报贝壳财经：情况光学监测对“碳达峰、碳中和” 起到什么感化？
刘文清：从大气情况来看，无论是污染性气体仍是温室气体，都是构成地球大气的差别成分。所以，大气情况污染气体和温室气体同根同源，温室气体减排和大气污染治理办法具有显著的协同性。
而我们如今的温室气体总量是根据排放因子和模子计算出来的，有很大的不确定性。需要对排放源的现实监测、空中监测站监测、航空飞机监测，以及碳卫星监测以构成差别标准和差别层面的六合一体化的温室气体核算收集，并将浓度监测成果与数值模子连系，反推全球差别区域的碳源/碳汇。
别的，还需要验证减排办法能否实有效果？对成果审查时需要供给哪些数据？目前碳监测还存在欠缺立体监测手艺、垂曲监测才能不敷，动态、精巧、差别布景下的碳监测才能不敷等缺陷。虽然污染气体和温室气体同根同源，但因为所处的光谱波段差别，其监测手艺和手段也大不不异。
新京报贝壳财经：“双碳”目标下情况光学监测开展机遇与挑战是什么？有哪些新需求？
刘文清：“双碳”目标为情况光学监测开展带来了新的机遇和挑战。一方面，鉴于我国目前在全球温室气体监测系统中还处于弱势地位，监测数据经常被国外量疑不准确或低估排放，因而，我们在摆设“双碳”严重战术目标时，仍然需要陆续鞭策我们国度全自主国产化的温室气体总量看测手艺的快速朝上进步，如傅里叶光谱地基远感配备，牢牢把住我国温室气体的数据平安大门。
另一方面，需要开展深度国际协做，通过加进全球总碳柱看测网来提拔我国温室气体监测成果和区域碳排放监测数据的公信力。
新京报贝壳财经：你两次承担了奥运会情况监测的使命，在你来看，从夏奥到冬奥，我国空气有什么改进？情况监测和之前比拟， 手艺上有什么打破？
刘文清：2008年奥运，其时国内的大气污染仍是较为严峻，到了2022年冬奥会，空气量量已经有了很大的改进。
和以往的监测比拟，我们如今的手艺手段更全面，监测精度更高，在获取了一系列的排放、气象、化学综合数据后，我们能够将高辨认率高精度地基和卫星结合远感手段连系起来，停止多手艺的穿插印证，为更准确地实现重点排放源的识别和动态监控供给更多的支持。
谈开展与期看：
将重点构建碳中和与生态情况协同的新一代污染防治手艺系统
新京报贝壳财经：对将来情况光学监测的开展有什么期看？
刘文清：当前，大气情况监测闪现跨介量、全标准、高精度等趋向，研究标准向更广更深进延展，处理全球问题与区域治理联系关系；学科穿插合成明显，手艺配备呈智能化开展。
从目前我国生态情况监测开展的现状来看，与兴旺国度还存在必然差距。一方面，要足够借鉴吸纳国外生态情况监测开展体味；另一方面，因为国情差别、情况情况与阶段差别、外部情况差别，不克不及照移照抄西方体味，必需走出一条有中国特色的监测变革开展新路子。那方面我们还有较长的路要走。
将来，我们的立异标的目的将集中在鞭策监测手艺的立异、国产仪器的财产化及情况监测手艺系统的成立。
在局域微看精巧化监测方面，鼎力开展基于物联网利用的大气情况监测传感器，实现污染源监测收集化；在宏看区域监测方面，立异地基远感监测手段，获取更多的大气成分和气象参数，打破卫星和机载高光谱辨认率大气远感关键手艺，提拔重污染气候下的看测才能（排放源辨识和区域传输间接看测），实现大气情况的立体化、智能化综合联系关系监测。
同时，做为科研工做者，我也期看我们的年轻人能以研究严重问题、办事国度和社会做为更高目标，陆续霸占难关，在一些关键手艺范畴打破兴旺国度对我国的“卡脖子”问题，开发出更多具有自主常识产权、愈加先辈的光学监测手艺和设备。
新京报贝壳财经：下一步重点工做是什么？
刘文清：一方面是围绕我国的大气污染协同掌握治理展开。我们晓得，跟着我国大气污染治理的不竭深进，污染源的构造发作了显著改动，污染的成因也发作快速改变，所以我们的大气污染防控工做还面对着良多挑战。好比，如今次要城市群颗粒物中二次成分的占比不竭上升；与此同时，全国大气臭氧浓度不竭增加，个别城市起头呈现臭氧引起的污染现象。因而，接下来监测的重点和难点是若何有效掌握PM2.5和臭氧浓度，以及最重要的相关前体物：VOCs、NOx、CO、SO₂、NH3。我们期看能尽快发射星载臭氧探测激光雷达，那方面我们在国际上是领先的。
另一方面，“双碳”目标下，我们会重点开展温室气体浓度、生态通量、碳柱及廓线监测等手艺配备，成立性能评估手艺校验系统，构建碳中和与生态情况协同的新一代污染防治手艺系统，支持国度和处所降碳减污协同掌握。
新京报贝壳财经记者 赵方园 编纂 陈莉 校对 卢茜
雷之怒