圖6.研究人員到珠峰進行高海拔環(huán)境的大氣監(jiān)測

2011年前后，美國大使館發(fā)布北京PM2.5數(shù)據(jù)，引爆全民對霧霾的關(guān)注。隨后，我國修訂了PM2.5國家標(biāo)準(zhǔn)，并建立了監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。但由于相關(guān)儀器設(shè)備依賴進口，一家美國儀器廠商當(dāng)年大發(fā)橫財。

此時，一支高科技力量站了出來。中科院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點實驗室（以下簡稱環(huán)境光學(xué)重點實驗室）緊急攻關(guān)，在前期積累的基礎(chǔ)之上，研制出國產(chǎn)監(jiān)測設(shè)備，并很快實現(xiàn)應(yīng)用。如今，國產(chǎn)產(chǎn)品在這一領(lǐng)域的市場占有率達到80%以上。

技術(shù)是基礎(chǔ)研究和社會需求之間的橋梁，也是我國自主創(chuàng)新的短板。環(huán)境光學(xué)重點實驗室研究員、中國工程院院士劉文清告訴《中國科學(xué)報》，沒有自主技術(shù)的支撐，解決不了中國的環(huán)境問題。

環(huán)境光學(xué)重點實驗室的初心和使命，正是瞄準(zhǔn)國家重大需求，解決關(guān)鍵技術(shù)問題。

航天“新兵”連傳捷報

2018年5月9日，高分五號衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。這是我國第一顆可有效探測區(qū)域大氣污染的國產(chǎn)衛(wèi)星。有了它，我國將首次從衛(wèi)星平臺上掌握全球空氣污染數(shù)據(jù)。

雖然已經(jīng)進行了無數(shù)次地面實驗，但高分五號衛(wèi)星主載荷主任設(shè)計師、環(huán)境光學(xué)重點實驗室研究員司福祺還是放心不下。直到6月初，高分五號傳回數(shù)據(jù)，相關(guān)人員繪制出全球污染狀況圖譜，司福祺才放下心來。中國人終于有了自己的全球污染觀測系統(tǒng)。

為了這一天，司福祺等人已經(jīng)奮斗了5年。這也是環(huán)境光學(xué)重點實驗室自2005年成立以來的夢想。

“歐洲利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，一張圖就能看到全球的空氣污染狀況。我國在環(huán)境保護方面飽受非議，卻沒有自己的觀測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。我們實驗室成立后多次建言，發(fā)展我國獨立自主的衛(wèi)星有效載荷。”環(huán)境光學(xué)重點實驗室主任、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院（以下簡稱合肥物質(zhì)院）院長劉建國回憶。但因為種種原因，他們始終沒有施展拳腳的機會。

2005年之后，時任環(huán)境光學(xué)重點實驗室主任劉文清多次帶領(lǐng)團隊爭取相關(guān)項目，也參與了幾次預(yù)研，但都沒有繼續(xù)下去。

團隊并沒有氣餒，而是抓住一切可能的機會提前部署。他們利用節(jié)約下來的經(jīng)費進行小型機載化實驗，并以此為基礎(chǔ)，參與了“十二五”國家重大基礎(chǔ)科學(xué)設(shè)施——國家航空遙感系統(tǒng)的建設(shè)。由于經(jīng)費緊張，他們不得不用一臺載荷的經(jīng)費研制了4臺儀器。

“貼錢也要上，有了這個經(jīng)驗，后面才有機會?！睉洰?dāng)年，劉建國依然態(tài)度堅決。

果不其然，2010年，機會來了。

那一年，高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項（以下簡稱高分專項）獲批啟動實施，這是《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》確定的十六個重大科技專項之一。為了填補我國在高光譜分辨率對地觀測方面的空白，高分專項明確提出多部門聯(lián)動，組成國家基礎(chǔ)設(shè)施平臺，并將高分系列衛(wèi)星列入科研衛(wèi)星序列。這使環(huán)境光學(xué)重點實驗室這一航天“門外漢”得以參與其中。

憑借著在環(huán)境光學(xué)領(lǐng)域的不俗實力，環(huán)境光學(xué)重點實驗室一口氣承擔(dān)了6臺載荷中3臺載荷的研制。但作為航天新兵，這3臺載荷都被列入項目風(fēng)險點。

航天項目不可維護、不可維修，必須一次成功。司福祺一接手就感受到航天工程與地面項目和探索研究的巨大區(qū)別。好在有劉文清、劉建國親自帶隊，讓他覺得心里很踏實。

“這個樓每天晚上九、十點，燈都是亮的。少壯不努力，老大徒傷悲。我們科研人，除了做項目，總要給社會留點東西?！眲⑽那甯嬖V《中國科學(xué)報》。

就這樣，在環(huán)境光學(xué)重點實驗室的團隊作戰(zhàn)之下，2015年3月，他們最早交付了3臺載荷——大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測儀、大氣氣溶膠多角度偏振探測儀。這些高技術(shù)儀器的搭載，使得高分五號成為世界首顆實現(xiàn)對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星，我國從此可以定量獲得區(qū)域上空及全球空氣質(zhì)量變化、污染氣體的分布輸運數(shù)據(jù)。

經(jīng)此一役，環(huán)境光學(xué)重點實驗室正式成為“航天俱樂部”的成員之一。目前，他們還在研制高分五號02星4臺主載荷，并承擔(dān)了高分專項中大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星初樣研制。未來四到五年，環(huán)境光學(xué)重點實驗室研制的十多個有效載荷將搭載4顆衛(wèi)星發(fā)射，實現(xiàn)全球大氣環(huán)境監(jiān)測組網(wǎng)。

“老大哥”特色鮮明

雖然是航天新兵，在環(huán)境光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，環(huán)境光學(xué)重點實驗室卻是名副其實的“老大哥”。

為了發(fā)展我國激光戰(zhàn)略高技術(shù)，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所（以下簡稱安徽光機所）1970年成立，很快組建了激光光譜學(xué)實驗室，具備開展光譜學(xué)定量分析的基礎(chǔ)。

上世紀(jì)八九十年代，迫于西方國家的外交壓力，我國開始進行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，組建了城市空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)，但幾乎所有儀器都依賴進口。

讓環(huán)境監(jiān)測用上國產(chǎn)儀器成為安徽光機所的歷史使命。

瞄準(zhǔn)這一目標(biāo)，他們于2002年申請建立環(huán)境光學(xué)監(jiān)測技術(shù)重點實驗室，2003年獲得政府批復(fù)。當(dāng)時，安徽光機所法人已經(jīng)整合到合肥物質(zhì)院，此后環(huán)境光學(xué)監(jiān)測一直是合肥物質(zhì)院的重要學(xué)科方向。

實驗室成立之后很快取得標(biāo)志性成果——研發(fā)了長光程差分吸收光譜儀，性能、價格、服務(wù)都勝過國外競爭對手。“當(dāng)時西方國家沒人相信我們能做。”劉建國回憶。

2008年8月，北京首次燃起奧運圣火，舉國歡慶、世界矚目。但在當(dāng)時，國際社會對北京霧霾的非議甚囂塵上。

就在奧運會召開之前，剛剛成立不久的環(huán)境光學(xué)重點實驗室?guī)е灾餮兄频囊幌盗袃x器設(shè)備來到北京，參與了中國科學(xué)院“北京及周邊地區(qū)奧運大氣環(huán)境監(jiān)測和預(yù)警聯(lián)合行動計劃”項目。他們建立的大氣環(huán)境立體綜合監(jiān)測系統(tǒng)，為奧運會空氣污染預(yù)警和制定減排措施提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐，受到時任北京市市長王岐山的贊譽，劉文清等4人也榮獲“科技奧運先進個人”稱號。

此后，上海世博會、廣州亞運會、北京APEC會議、北京九三閱兵式、G20峰會、金磚國家領(lǐng)導(dǎo)人會議……這些重大活動的舉辦地，都能看見環(huán)境光學(xué)重點實驗室的身影。

可以說，面向國家戰(zhàn)略需求，環(huán)境光學(xué)重點實驗室走的每一步都為國家戰(zhàn)略部署提供了技術(shù)儲備，為我國重大環(huán)境戰(zhàn)略發(fā)揮了保駕護航的作用。

京津冀地區(qū)是我國污染防控攻堅戰(zhàn)能否取得勝利的關(guān)鍵。近兩年，環(huán)境光學(xué)重點實驗室作為唯一一支京外團隊，參與了總理基金項目，在京津冀地區(qū)建立了16個地區(qū)激光雷達和衛(wèi)星觀測結(jié)合的立體化大氣觀測網(wǎng)絡(luò)，對京津冀地區(qū)污染物輸送狀況進行了實時觀測，為探明京津冀地區(qū)污染成因和機理打下了基礎(chǔ)。

此外，研究團隊還在長三角、華中及成渝等地的區(qū)域大氣灰霾污染研究中開展了大量觀測。環(huán)境光學(xué)重點實驗室研究員桂華僑曾在北京懷柔一個站點工作了近一年的時間。他告訴《中國科學(xué)報》，我國地域復(fù)雜，溫度、濕度等條件差異大，對儀器的環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。

目前，環(huán)境光學(xué)重點實驗室發(fā)展出一系列適合我國國情的高靈敏高穩(wěn)定監(jiān)測技術(shù)，為我國有效評估大氣污染、精細化溯源和防控提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。

之所以能取得這樣的成績，司福祺認為，得益于實驗室在算法上的長期積累。“在清楚掌握后續(xù)算法的基礎(chǔ)上做儀器，才能又快又好?！彼f。

多年來，環(huán)境光學(xué)重點實驗室同德國海德堡大學(xué)、日本千葉大學(xué)、澳大利亞麥考瑞大學(xué)和臥龍崗大學(xué)等建立了良好的合作關(guān)系，通過學(xué)術(shù)交流加強基礎(chǔ)研究、聯(lián)合攻關(guān)，建立了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的分析方法和軟件，被許多國外儀器設(shè)備采用。

“有了儀器，怎樣解析出信息才是重點，但這正是我國的短板，業(yè)界使用的大型軟件基本都是國外的?！眲⑽那褰榻B，環(huán)境光學(xué)重點實驗室設(shè)計的多款軟件不僅在國內(nèi)暢銷，也被許多國外儀器設(shè)備采用。

“從基礎(chǔ)研究到技術(shù)、應(yīng)用一體化程度極高，是環(huán)境光學(xué)重點實驗室的鮮明特色?！焙戏饰镔|(zhì)院副院長王俊峰評價道。

團隊建設(shè)面向未來

如果想賺錢，劉文清可能早就離開實驗室了，但他多年來堅守在這個平臺上。

“當(dāng)時成立科學(xué)院重點實驗室這個平臺，就是希望能聚集人才，做國家需要做的事情。還是有點家國情懷?！眲⑽那逍Φ馈?/span>

不忘初心，方得始終。從最初的20多人到如今近百人的核心團隊，劉文清感受到實驗室最大的變化是研究領(lǐng)域方向增加了，應(yīng)用廣了，在環(huán)境監(jiān)測技術(shù)開發(fā)上，實驗室的名聲響了；不變的則是團結(jié)的文化。

“不搞個人英雄主義，大的問題集體決定?！眲⑽那灞硎?，團隊每四五年就會出一個國家獎，正是因為團隊始終抱成團，經(jīng)費集中使用，力量沒有分散。

關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)包括光學(xué)、機械、電子等各方人才，在環(huán)境光學(xué)重點實驗室，大家組成團隊，勁往一處使?！皩嶒炇野l(fā)展到現(xiàn)在，關(guān)鍵還是靠自己的奮斗，是大家一步步拼出來的。”劉建國說。

劉文清則強調(diào)：“一定要把人才梯隊做好。”

據(jù)介紹，前幾年，實驗室?guī)孜粍側(cè)肼毜牟┦靠粗辛烁叻直娓道锶~觀測網(wǎng)絡(luò)這一新興方向，但一開始并沒有申請到項目支持。環(huán)境光學(xué)重點實驗室領(lǐng)導(dǎo)班子經(jīng)過共同決策，不僅給幾位年輕人提供了出去學(xué)習(xí)的機會，還給予了前期投入購買了相關(guān)設(shè)備，并邀請國際專家交流學(xué)習(xí)，建立傅里葉觀測儀器，成為全球大氣成分變化探測網(wǎng)中唯一的中國站點。如今，這一系統(tǒng)順利得到國家相關(guān)項目支持。

做高技術(shù)研發(fā)，從國外引進人才很難，環(huán)境光學(xué)重點實驗室長期堅持以自主培養(yǎng)為主，自主培養(yǎng)比例達到50%，另有30%的引進人才是重點實驗室培養(yǎng)的畢業(yè)生。在這里，英雄不論出身，只論能力。

最近，實驗室一位無文章、無專利、無項目的“三無”人員打破常規(guī)評上了副研究員。

“我們的考核方式還是比較科學(xué)的?！彼靖ｌ鞅硎?，職稱的肯定極大調(diào)動了這位做工程設(shè)計的年輕人的積極性，“讓年輕人看到，只要工作做得好，就會得到認可”。

“做科研，我體會要交叉才有重要的成果，作為一個多學(xué)科交叉的實驗室，希望能有各類人才加入?！眲⑽那逭f。

“接地氣”的研究員小姐姐

2007年，碩士畢業(yè)留所工作之后，中科院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點實驗室副研究員何瑩的第一項工作是進行北京奧運會大氣污染數(shù)據(jù)的匯總和整理。

科技奧運項目結(jié)束之后，她開始接觸土壤污染物激光光譜在線監(jiān)測。直到現(xiàn)在，她還經(jīng)常赴中國科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗站進行外場實驗，以獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)。

農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)監(jiān)測需要靈敏、無人值守型設(shè)備，但傳感器經(jīng)常損耗，無形中增加了何瑩的工作量，但她并沒有抱怨。

“農(nóng)業(yè)推廣不可能使用昂貴的儀器，但我覺得很有意義，所以一直在做?！焙维摳嬖V《中國科學(xué)報》。

而在化工園區(qū)等工業(yè)環(huán)境中進行有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測則對儀器提出了更高的要求，往往需要抗電磁干擾、抗震抗抖動、耐高溫、耐高濕度……在這樣的環(huán)境里工作，對女生的體力也是極大挑戰(zhàn)。有時為了在隧道里布設(shè)儀器，何瑩甚至需要帶著儀器設(shè)備翻越一整座山。

雖然遇到很多困難，但每次自己開發(fā)的儀器實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，何瑩便有了不竭的動力。

目前，何瑩自主研制的“分布式無源光纖瓦斯傳感器系統(tǒng)”獲原國家環(huán)保部科技成果和安徽科學(xué)技術(shù)研究成果證書，自主研制的“天然氣站場甲烷和硫化氫氣體連續(xù)監(jiān)測與報警系統(tǒng)”和“半導(dǎo)體激光云高自動測量系統(tǒng)”獲安徽科學(xué)技術(shù)研究成果證書。

如今，她又將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了移動源排放，和同事合作研制的柴油車污染排放實時監(jiān)測樣機將在深圳上千輛柴油車上安裝。

“前期我們積累了幾十年的經(jīng)驗，才能立刻投入?！焙维撟院赖卣f，自己還將努力推動更多技術(shù)實現(xiàn)工程化應(yīng)用。

“哪怕國家沒有急切的需求，但是基礎(chǔ)研究不得不做，我也會做。”何瑩說。（陳歡歡）

中國科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點實驗室簡介

中國科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點實驗室（以下簡稱環(huán)境光學(xué)重點實驗室）針對國家環(huán)境安全戰(zhàn)略需求，面向世界環(huán)境科技前沿，解決我國大氣污染、水體污染、土壤污染、大氣成分、環(huán)境應(yīng)急事故等需要的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)問題。研究方向為環(huán)境光學(xué)基礎(chǔ)研究、定量監(jiān)測新方法研究和環(huán)境監(jiān)測高新技術(shù)與系統(tǒng)集成研究。經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，該實驗室已成為我國環(huán)境科技創(chuàng)新體系的重要組成部分。

環(huán)境光學(xué)重點實驗室承擔(dān)了我國第一個大氣痕量氣體監(jiān)測衛(wèi)星有效載荷研制項目，承擔(dān)了“十二五”“863”計劃環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域唯一重大項目，承擔(dān)了一批國家重大科學(xué)儀器開發(fā)專項及國家重點研發(fā)計劃項目等。

目前，實驗室形成了一支年富力強、很有創(chuàng)新能力的科研團隊，擁有固定人員93人，其中，包括1名中國工程院院士在內(nèi)的研究員24人、博士64人。

原文鏈接：http://www.cas.cn/zkyzs/2020/11/273/cmsm/202011/t20201110_4766064.shtml

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