中科院安光所环境光学科技创新纪实

开放式非接触遥测生态环境痕量气体在线监测仪器

　　借力平台 夯实基础

　　为了加快环境光学创新发展过程，中科院安徽光机所（简称安光所）依靠四家主管部门支持，亦即中科院、环保部、科技部、安徽省人民政府，多方争取社会资源，构建环境光学创新平台。

　　2003年，安徽省科技厅支持安光所建设“安徽省环境光学监测技术重点实验室”；2005年，中科院批准安光所建成“中科院环境光学与技术重点实验室”；2007年，环境保护部支持安光所建设“国家环境保护环境光学监测技术重点实验室”；2009年，在科技部大力支持下，安光所建立起“国家环境光学监测仪器工程技术研究中心”。

　　2011年，国家环境保护环境光学监测技术重点实验室通过环保部组织的验收。该实验室解决我国大气、水体、土壤等污染急需的关键技术和系统技术问题，促使我国先进环境监测技术水平的提高，发展了我国先进环境监测技术应用示范中的理论、方法和标准。承担“863”等100多项国家级项目，为国家重大环境工程和地方环境质量管理提供了有力技术支撑。

　　当年对该重点实验室进行验收，环保部组织的相关专家，对它有如下言简意赅的评价：开展了北京奥运空气质量立体综合观测研究，完成了奥运期间重点污染源及污染物跨区域输送的立体综合监测；开展了上海世博园区及周边空气监测与评估工作；为我国环境监测高技术研发和应用技术支撑和开放运行平台，研发的系列监测技术与企业合作实现了产业化，并积极开展了先进技术的行业标准制定工作。

　　在国家重大应用中检验平台工作，他们抓住2008年北京奥运、2010年上海世博会等重大活动对环境保障要求较高的难逢机遇，提供了有力的科技支撑。

　　国际合作 以“技”会友

　　2013年6月，德国马普化学所举行多轴DOAS技术的国际对比观测实验，共有8个国家、十几个团队参加。安光所是这次实验发起人之一。

　　从2004年开始，国际上发展多轴DOAS。目前，该技术在世界多国都有发展，是炙手可热的研究热点。德国此行，安光所带去了“疯狂的猫”等两套设备，在现场进行的对比、分析，效果都很好。

　　谢品华是环境光学中心主任，也代表会议发起方的安光所。利用已掌握的多轴差分光谱技术，一直关注垂直方法，提出一种可以快速得到近地面的数据的方法，谢品华和托马斯等与会期间进行探讨，写了《差分快速污染水平分布算法》的文章，在欧洲光学学会较为推崇的AMT杂志上发表。

　　谢品华眉宇间露出自豪：我们既面向国家战略需求，也面向世界科学前沿。如今关注的科学前沿之一是自由基探测技术。该技术对所有地球科学研究者都是个挑战，我们将前沿技术做好，应用就会得到很大提高。

　　2013年，安光所成功研制出光腔衰荡光谱NO3监测仪原型，已在清华大学某项目的烟雾箱中作了观测。其在技术上极具前瞻性，在被动差分光谱技术上提出了新理念。

　　科教融合 新人辈出

　　2011年11月25日，中科院合肥物质院与中国科大联合发文，由安光所刘文清所长牵头组织中国科大环境科学与光电技术学院的筹备工作。

　　环境光电学院的定位业已明晰：以“科教结合、协同创新”为宗旨，发挥中国科大和研究院综合优势，面向国家环境科技需求和光电技术前沿，探索科技创新与人才培养紧密结合、协同发展的运行机制，培养和造就具有国际视野、立志造福社会，既掌握环境科学又拥有光电技术的高科技综合型实用人才。

　　罗宇涵在中国科大读博期间，做的是极地大气环境测量，一般人很难想象。前几年，她还分别去南极和北极科考过。因中国科大与安光所的科教融合，她也深受刘文清所长等潜移默化的影响。

　　2013年，罗宇涵博士毕业刚到安光所工作，就在刘文清所长指导下，顺利申请到了国家自然科学青年基金——基于MAX-DOAS观测的北极地区对流层卤素氧化物的分布和变化机制探索。

　　罗宇涵对此兴趣盎然，希望借助基金支持，将基础研究和技术应用很好结合。

　　罗宇涵还获得了中科院合肥物质科学院院长基金——盐湖表面活性卤素氧化物的分布探测和化学过程研究。她申请到这个基金，很大程度上是受谢品华的建议和启发，“我之前一直想做，但却没有这样的契机，现在如愿以偿，一定要努力做好！”

　　基金申请批下来后，2014年3月罗宇涵就去了青海，在野外工作了一个星期，“目前国内这方面的研究还很少。我们理应关注民众关注的雾霾。”罗宇涵介绍。

　　罗宇涵的“顶头上司”是司福祺，再“顶头上司”，则是中心主任谢品华。她说：“我和大家的合作很愉快，从应用入手开展这工作，老师和同事在技术方面给了我很大帮助，使我能很快拓宽自己的研究领域。”

　　罗宇涵2013年入职安光所，不久后就由谢品华带队，前往德国马普化学所学习，“第一个月是大型的综合观测，后两个月的学术交流，针对多轴DOAS技术及其算法进行研讨，更让我开拓了科研的视野”。能如愿到安光所工作，罗宇涵深感庆幸。

　　虎视眈眈 专打硬仗

　　雾霾天气时，高速公路的能见度降低，封路是不得不经常采取的措施，什么时间、什么样的能见度下可以解除封锁，对车辆安全行驶至关重要。安光所前年已传出捷报，研发的能见度仪器能够实现实时预警机制，应对雾霾等恶劣天气的影响，为相关应急部门提供科学的数据分析。

　　这种前向散射式能见度仪，堪称应急部门进行科学决策的明亮“眼睛”。它通过无线数据实时传输大气能见度数据，在能见度低于200米时，监控中心电子地图上的示意路段会自动变色，发出信号预警。从2012年开始，这套系统已在安徽省高速公路气象等方面得到广泛应用。

　　该仪器还可广泛用于环保数据监测。在安徽省环保局牵头下，安徽省已启动城市摄影监测系统，将实时视频监控和能见度仪相结合，直观而准确地获取环保能见度信息。该系统已在安徽省的合肥、马鞍山、蚌埠、阜阳等城市投入应用。

　　安光所专打硬仗，有自己鲜明独特的“个性”。明知山有虎，偏向虎山行，如对航天高科技项目高分5号，他们“虎视眈眈”，前后追踪了5年。功夫不负有心人，2013年他们终于如愿以偿，争取到了该重大项目的相关课题。

　　谢品华说：国家让我们做星载仪器究竟有没有戏？我们是否能够就此挤进航天队伍？现在我们回过头看，确实已拿到了高风5号的国家任务。国家为何敢把任务交给一个新兵？这是因为我们长期在机载、地面有大量的技术基础、应用算法，也有广为应用的产品，才获得了这个练队伍、打硬仗的机会！

　　需求导向 从“气”到“水”

　　赵南京研究员科研成果丰硕，侧重做重金属和富营养水监测，即是充分利“平台”的典型个案。

　　2007年，太湖爆发了水危机，原来28万元一套的国外仪器，竟骤涨到了68万元。赵南京和环境光学中心同仁群策群力，研究出浮标监测系统和预警方法，包括对土壤重金属和有机物的监测，得到了“863”计划的支持。

　　中科院院地合作项目黄淮海农业集群实施，2012年在河南启动项目，土壤重金属的监测承接中科院合肥物质院的项目，促使环境光学中心选择在安徽颖上县做实验。

　　赵南京经实地考察调研，不仅所需设备自己扛，有时车辆陷到沟里，还要“小车不倒只管推”。从考察到分析、从布点到测量，他获取了大量的科研第一手资料。

　　国内同行监测水体的研究还比较少，赵南京另辟蹊径，通过光学的方法来做。水中污染物既有国家尚未列入污染物名录的，也有虽然列入名录却不便测量的，赵南京做在线监测的技术方法和仪器研制，其他兄弟院所尚没有类似的项目。

　　针对大面积的水源进行遥测，原来需要人到多点采样分析，现已不需现场取样，是一种原位监测。2006年，赵南京等参与的水污染监测项目获得成功，成为该年度中科院的十大创新成果之一。

　　桃李不言，下自成蹊。从2009年开题，到2012年结题，赵南京承担的另一个“863”项目——“水质富营养化在线检测设备及蓝藻水华预警系统”，监测水中污染物的不同成分和参数，也获得较好的应用。