給大氣做CT的人 專訪院士劉文清

我們的設備可以進行立體垂直探測，這樣就可以知道光路上不同高度的污染物成分和含量，就如同給大氣做一個CT掃描，比如說50米、100米，甚至到幾公里幾十公里，在這個層面上，它的污染物是怎么樣分布的，怎么樣輸送的。目前包括在衛(wèi)星平臺上對大氣環(huán)境測量基本上都是用光學技術，靠光的散射反射來區(qū)分污染物。

環(huán)境光學監(jiān)測廣泛應用于空氣質量監(jiān)測、污染源排放監(jiān)測、大氣成分探測、安全生產過程監(jiān)控、應急監(jiān)測等，服務于環(huán)境、氣象、海洋、公共安全、應急管理等領域，在國民經濟發(fā)展中發(fā)揮重要作用。通過環(huán)境光學監(jiān)測技術，已構建空氣質量的自動監(jiān)測系統(tǒng)、污染源排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、區(qū)域污染立體探測網絡、工業(yè)園區(qū)污染全方位監(jiān)測系統(tǒng)等，為環(huán)境質量監(jiān)測評估、環(huán)境污染控制、環(huán)境改善提供第一手的監(jiān)測數據和先進的技術手段。

比如說你拿個手持的PM2.5監(jiān)測儀，用一個小的激光器打一束光，從一定的角度去測量它，你就可以知道空氣中PM2.5的濃度是多少。

問：光學監(jiān)測技術的突破會帶來環(huán)境監(jiān)測領域哪些新變化？

劉文清：傳統(tǒng)的監(jiān)測方式主要是現場采樣實驗室化學分析。光學監(jiān)測的優(yōu)勢表現在具有非接觸測量、靈敏度高、選擇性好、適用范圍廣等方面，實現自動、在線、現場監(jiān)測與遙感遙測的綜合立體監(jiān)測。比如發(fā)生了一起污染事故，傳統(tǒng)監(jiān)測要拎著儀器到現場，如果用光學技術，可以不到現場，一束光打過去之后，就可以知道那個地方的污染物濃度是多少。

2018年5月9日，我國高分五號衛(wèi)星發(fā)射成功，衛(wèi)星搭載了我們所自主創(chuàng)新研制的三個大氣環(huán)境監(jiān)測載荷。通過高分五號載荷的觀測，可以像氣象衛(wèi)星圖片上云的分布一樣，看清楚全球的污染氣體的分布，平時這些污染氣體都是肉眼不可見的。

高光譜衛(wèi)星遙感技術是利用光譜對全球大氣污染持續(xù)遙感成像的前沿技術，它能夠在短時間內提供全球大氣污染分布特征，區(qū)域大氣污染的時間序列變化和輸送信息。通過高分五號的觀測，我們掌握了全世界污染的資料。因此，不僅在宏觀上為我國的大氣污染控制決策提供技術支持，更科學更合理制定經濟發(fā)展和產業(yè)結構政策，還能為我國國際環(huán)境外交活動、國際環(huán)境保護合作提供有力的科技支撐。

問：環(huán)境質量的持續(xù)改善，從長期來看主要取決于哪些因素？

劉文清：近年來我國環(huán)境質量在不斷改善，這和國家的工業(yè)結構、能源結構等有關。短期的，比如說出現霧霾天氣，可能還是與氣象條件有關，因為如果氣象條件把污染物的邊界層從兩公里下降到一公里，等于濃度一下子提高了很多倍。長期的環(huán)境質量提升，還是要靠能源結構、生產結構的調整。

現在貫徹新發(fā)展理念，我們那么多科技人員也在做這方面的工作。環(huán)境變好，污染物下降，最受益的是老百姓。

當科學家就要耐得住寂寞

問：您在上大學之前曾經做了5年鉗工，什么動力讓您一步步成為科學家？

劉文清：我高中畢業(yè)后在一家小型國企干鉗工。那時候是三班倒，有一天凌晨，那個沖床突然掉下來了，我這個手幸虧拽得快，但是手指頭被打掉一小節(jié)。當時我就想，我要改變。我父親是普通群眾，我母親不識字。我覺得知識能夠改變命運，所以就不斷學習，1975年進入中國科學技術大學物理系學習。

中科大作為科學家的搖籃，培養(yǎng)了我國很多優(yōu)秀的科技人才，各系的主任和老師，很多都是我國知名科學家。我進入中科大，了解了中科大建校的初衷、歷史以及其在國防建設中發(fā)揮的作用。在國家需求的牽引下，在老師的熏陶下，在同學們一起努力的氛圍中，我立志當一名科學家，為國家的科技發(fā)展貢獻自己的一點力量，為國家的強大做出貢獻。

問：1978年11月您畢業(yè)參加工作，那時的工作生活條件怎樣？

劉文清：1978年11月，我被分配到合肥市西郊董鋪島上的中國科學院安徽光學精密機械研究所工作。當時的條件很差，那個時候到島上來只有三班公交車，早上中午下午各一班，要想出島很困難，來島上的路非常窄，夏天在路上經常看到蛇。只能在食堂吃飯，沒辦法自己去做。有一次我從外面辦事回來沒趕上車，整整走了三個多小時才走回來。

雖然生活條件艱苦，但當時的科研條件和科研任務吸引我留了下來。其實，從立志當科學家，就知道需要耐住寂寞，因為只有刻苦鉆研才能取得成果。

問：您后來又攻讀研究生，從《新概念英語》開始學習英語，出國留學讀醫(yī)學博士，一路走來，學習對您意味著什么？

劉文清：我覺得藝不壓人。會的越多，將來你能夠承擔的事情就越多、做的貢獻就越大。人還是要活到老學到老，因為知識在增加，光靠大學的知識，光靠老師教的知識，肯定不夠你工作上用。改革開放初期，為了更好地了解國際上的科研進展，我就補英語，閱讀文獻。夏天，董鋪島蚊蠅很多，為了不讓這些小昆蟲打擾我學習《新概念英語》，我就買了一雙長靴套住雙腳和小腿，躲在蚊帳里背誦一篇篇課文。最終，我把幾冊《新概念英語》上的課文都背得滾瓜爛熟，而我的雙腳也幾乎被捂爛。

我覺得不能死讀書、讀死書，搞自然科學要打牢基礎。只要掌握了這個基礎，就可以做很多工作。我在國外的時候讀的是醫(yī)學博士。原理是這樣的，如果得了癌癥，癌細胞對光敏劑的吸收濃度要比正常的細胞要高，所以用特定波長的激光去照射它的時候，光敏劑就會形成活性很強的單態(tài)氧，癌細胞就缺氧凋亡。我這么多年來一直不停地在學習，現在用激光監(jiān)測大氣不同高度的污染物，實際上和做X光、做CT方法是一樣的，兩個光在這不停地掃描，人從中間過去，對他進行成像。

編輯：李丹