中科院安光所環境光學科技創新紀實

開放式非接觸遙測生態環境痕量氣體在線監測儀器

　　借力平臺 夯實基礎

　　為了加快環境光學創新發展過程，中科院安徽光機所（簡稱安光所）依靠四家主管部門支持，亦即中科院、環保部、科技部、安徽省人民政府，多方爭取社會資源，構建環境光學創新平臺。

　　2003年，安徽省科技廳支持安光所建設“安徽省環境光學監測技術重點實驗室”；2005年，中科院批準安光所建成“中科院環境光學與技術重點實驗室”；2007年，環境保護部支持安光所建設“國家環境保護環境光學監測技術重點實驗室”；2009年，在科技部大力支持下，安光所建立起“國家環境光學監測儀器工程技術研究中心”。

　　2011年，國家環境保護環境光學監測技術重點實驗室通過環保部組織的驗收。該實驗室解決我國大氣、水體、土壤等污染急需的關鍵技術和系統技術問題，促使我國先進環境監測技術水平的提高，發展了我國先進環境監測技術應用示范中的理論、方法和標準。承擔“863”等100多項國家級項目，為國家重大環境工程和地方環境質量管理提供了有力技術支撐。

　　當年對該重點實驗室進行驗收，環保部組織的相關專家，對它有如下言簡意賅的評價：開展了北京奧運空氣質量立體綜合觀測研究，完成了奧運期間重點污染源及污染物跨區域輸送的立體綜合監測；開展了上海世博園區及周邊空氣監測與評估工作；為我國環境監測高技術研發和應用技術支撐和開放運行平臺，研發的系列監測技術與企業合作實現了產業化，并積極開展了先進技術的行業標準制定工作。

　　在國家重大應用中檢驗平臺工作，他們抓住2008年北京奧運、2010年上海世博會等重大活動對環境保障要求較高的難逢機遇，提供了有力的科技支撐。

　　國際合作 以“技”會友

　　2013年6月，德國馬普化學所舉行多軸DOAS技術的國際對比觀測實驗，共有8個國家、十幾個團隊參加。安光所是這次實驗發起人之一。

　　從2004年開始，國際上發展多軸DOAS。目前，該技術在世界多國都有發展，是炙手可熱的研究熱點。德國此行，安光所帶去了“瘋狂的貓”等兩套設備，在現場進行的對比、分析，效果都很好。

　　謝品華是環境光學中心主任，也代表會議發起方的安光所。利用已掌握的多軸差分光譜技術，一直關注垂直方法，提出一種可以快速得到近地面的數據的方法，謝品華和托馬斯等與會期間進行探討，寫了《差分快速污染水平分布算法》的文章，在歐洲光學學會較為推崇的AMT雜志上發表。

　　謝品華眉宇間露出自豪：我們既面向國家戰略需求，也面向世界科學前沿。如今關注的科學前沿之一是自由基探測技術。該技術對所有地球科學研究者都是個挑戰，我們將前沿技術做好，應用就會得到很大提高。

　　2013年，安光所成功研制出光腔衰蕩光譜NO3監測儀原型，已在清華大學某項目的煙霧箱中作了觀測。其在技術上極具前瞻性，在被動差分光譜技術上提出了新理念。

　　科教融合 新人輩出

　　2011年11月25日，中科院合肥物質院與中國科大聯合發文，由安光所劉文清所長牽頭組織中國科大環境科學與光電技術學院的籌備工作。

　　環境光電學院的定位業已明晰：以“科教結合、協同創新”為宗旨，發揮中國科大和研究院綜合優勢，面向國家環境科技需求和光電技術前沿，探索科技創新與人才培養緊密結合、協同發展的運行機制，培養和造就具有國際視野、立志造福社會，既掌握環境科學又擁有光電技術的高科技綜合型實用人才。

　　羅宇涵在中國科大讀博期間，做的是極地大氣環境測量，一般人很難想象。前幾年，她還分別去南極和北極科考過。因中國科大與安光所的科教融合，她也深受劉文清所長等潛移默化的影響。

　　2013年，羅宇涵博士畢業剛到安光所工作，就在劉文清所長指導下，順利申請到了國家自然科學青年基金——基于MAX-DOAS觀測的北極地區對流層鹵素氧化物的分布和變化機制探索。

　　羅宇涵對此興趣盎然，希望借助基金支持，將基礎研究和技術應用很好結合。

　　羅宇涵還獲得了中科院合肥物質科學院院長基金——鹽湖表面活性鹵素氧化物的分布探測和化學過程研究。她申請到這個基金，很大程度上是受謝品華的建議和啟發，“我之前一直想做，但卻沒有這樣的契機，現在如愿以償，一定要努力做好！”

　　基金申請批下來后，2014年3月羅宇涵就去了青海，在野外工作了一個星期，“目前國內這方面的研究還很少。我們理應關注民眾關注的霧霾。”羅宇涵介紹。

　　羅宇涵的“頂頭上司”是司福祺，再“頂頭上司”，則是中心主任謝品華。她說：“我和大家的合作很愉快，從應用入手開展這工作，老師和同事在技術方面給了我很大幫助，使我能很快拓寬自己的研究領域。”

　　羅宇涵2013年入職安光所，不久后就由謝品華帶隊，前往德國馬普化學所學習，“第一個月是大型的綜合觀測，后兩個月的學術交流，針對多軸DOAS技術及其算法進行研討，更讓我開拓了科研的視野”。能如愿到安光所工作，羅宇涵深感慶幸。

　　虎視眈眈 專打硬仗

　　霧霾天氣時，高速公路的能見度降低，封路是不得不經常采取的措施，什么時間、什么樣的能見度下可以解除封鎖，對車輛安全行駛至關重要。安光所前年已傳出捷報，研發的能見度儀器能夠實現實時預警機制，應對霧霾等惡劣天氣的影響，為相關應急部門提供科學的數據分析。

　　這種前向散射式能見度儀，堪稱應急部門進行科學決策的明亮“眼睛”。它通過無線數據實時傳輸大氣能見度數據，在能見度低于200米時，監控中心電子地圖上的示意路段會自動變色，發出信號預警。從2012年開始，這套系統已在安徽省高速公路氣象等方面得到廣泛應用。

　　該儀器還可廣泛用于環保數據監測。在安徽省環保局牽頭下，安徽省已啟動城市攝影監測系統，將實時視頻監控和能見度儀相結合，直觀而準確地獲取環保能見度信息。該系統已在安徽省的合肥、馬鞍山、蚌埠、阜陽等城市投入應用。

　　安光所專打硬仗，有自己鮮明獨特的“個性”。明知山有虎，偏向虎山行，如對航天高科技項目高分5號，他們“虎視眈眈”，前后追蹤了5年。功夫不負有心人，2013年他們終于如愿以償，爭取到了該重大項目的相關課題。

　　謝品華說：國家讓我們做星載儀器究竟有沒有戲？我們是否能夠就此擠進航天隊伍？現在我們回過頭看，確實已拿到了高風5號的國家任務。國家為何敢把任務交給一個新兵？這是因為我們長期在機載、地面有大量的技術基礎、應用算法，也有廣為應用的產品，才獲得了這個練隊伍、打硬仗的機會！

　　需求導向 從“氣”到“水”

　　趙南京研究員科研成果豐碩，側重做重金屬和富營養水監測，即是充分利“平臺”的典型個案。

　　2007年，太湖爆發了水危機，原來28萬元一套的國外儀器，竟驟漲到了68萬元。趙南京和環境光學中心同仁群策群力，研究出浮標監測系統和預警方法，包括對土壤重金屬和有機物的監測，得到了“863”計劃的支持。

　　中科院院地合作項目黃淮海農業集群實施，2012年在河南啟動項目，土壤重金屬的監測承接中科院合肥物質院的項目，促使環境光學中心選擇在安徽穎上縣做實驗。

　　趙南京經實地考察調研，不僅所需設備自己扛，有時車輛陷到溝里，還要“小車不倒只管推”。從考察到分析、從布點到測量，他獲取了大量的科研第一手資料。

　　國內同行監測水體的研究還比較少，趙南京另辟蹊徑，通過光學的方法來做。水中污染物既有國家尚未列入污染物名錄的，也有雖然列入名錄卻不便測量的，趙南京做在線監測的技術方法和儀器研制，其他兄弟院所尚沒有類似的項目。

　　針對大面積的水源進行遙測，原來需要人到多點采樣分析，現已不需現場取樣，是一種原位監測。2006年，趙南京等參與的水污染監測項目獲得成功，成為該年度中科院的十大創新成果之一。

　　桃李不言，下自成蹊。從2009年開題，到2012年結題，趙南京承擔的另一個“863”項目——“水質富營養化在線檢測設備及藍藻水華預警系統”，監測水中污染物的不同成分和參數，也獲得較好的應用。