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刘文清:环境之光

来源:  发布时间:2018-01-16

——记中国工程院院士、中科院安徽光学精密机械研究所首席科学家刘文清及其团队
  
本刊记者  胡 敬

  
  
  10年前,人们对“雾霾”这一词汇还比较陌生,但随着经济的快速发展和公众生活水平的提高,人们对所处环境的关注也达到了前所未有的高度。2013年,“雾霾”成为了年度关键词。
  这必将到来的一天,刘文清仿佛早有所料。20年前,刚从日本游学回国组建环境光学监测研究室时,国内相关领域的资料甚是寥寥,但凭借着超前的意识和学科敏感,刘文清知道,未来环境光学监测技术会是一个重要的领域方向。因此,在学有所成后,他自然而然地“回来报效祖国了”。
  
读万卷书,行万里路
  
  1954年,刘文清出生于安徽蚌埠一个普通家庭。高中毕业后,正好赶上“文革”,刘文清去了一家国有小企业当了5年的钳工。这段在工厂车间艰难的岁月,不仅为刘文清提供了宝贵的实践经验,也更磨砺了他坚韧不拔的心性。
  不过,尽管彼时技术工人也算一份不错的职业,但这并没有阻止他对知识的渴望。1975年9月,一心向往大学殿堂的刘文清终于考入了中国科技大学物理系。3年系统的学习积累也让他对科学研究有了更深入的认识和了解。1978年11月,刘文清被分配到合肥市西郊董铺岛上的中国科学院安徽光学精密机械研究所(以下简称“安徽光机所”)工作。
  现在的董铺岛又称“科学岛”,风景秀丽、山水环绕,是合肥最重要的科研基地之一,入选了“首批中国十大科技旅游基地”,可谓早已名声在外。但在30年前,这里还是一派杂草丛生的荒芜景象。
  有一年冬天,刘文清外出办完事准备回岛上的时候,错过了最后一趟公交车,没能找到其他途径的他只能冒雨走了3个多小时,直到深夜才回到单位。这样的生活也许在一般年轻人眼中过于枯燥和单调,但对于投身科学的工作者而言,又正好符合他们所需要的宁静世界。也正是在这样的氛围中,刘文清得以沉下心来,一点点深入探索、潜心研究,迎来了他真正的科研事业。
  “搞科研和喝咖啡有点类似,总是先苦后甜,合适于坐科研冷板凳的人。”爱喝咖啡的刘文清这样说道。
  那时,为了学习国外先进的科学技术和手段,英语不太好的刘文清在工作之余花了不少时间和心血钻研英语。夏日董铺岛蚊蝇滋生,他买了一双长靴套住腿躲在蚊帐里学英语,几册《新概念》书本被他背得滚瓜烂熟。并且,为了练习口语,他还硬是咬牙买了一个进口录音机。因为价格昂贵,需要通过借工资分期还款,每月工资只有50多元的刘文清,不得不从工资里留出10元还款,前后持续了3年时间。
  “不是我要刻意追赶‘新潮’,而是科研手段必须跟上。”回顾当年的悬梁刺股,刘文清说,“现在我们的科研布局,也必须‘舍得孩子’才能套住‘狼’。”
  英语提高带来的好处显而易见,不仅查阅国外资料容易起来,同时也给刘文清打开了出国留学的方便之门。正所谓“读万卷书,行万里路”,知行合一才是真正提升自己的关键所在。
  从1986年起,刘文清开始了四处游学的生涯:1986年至1989年,在意大利米兰工业大学、日本国立公害研究所进修;1993年至1995年,在希腊克里特大学获博士学位;1996年至1998年,又在日本千叶大学环境遥感中心做博士后。正如刘文清所言,“在这些国家的学习,扩大了我的视野,对科研很有帮助”。
  1998年,学有所成的刘文清正式归来,开启了全力以赴的科学新篇章。他先后负责建设了安徽省、中科院、环保部环境光学监测技术重点实验室、国家环境光学监测仪器工程技术研究中心以及大气环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室等研究平台,凝聚了一支环境光学技术创新团队;主持开展了环境光学技术方法创新,建立了环境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应用软件;利用发展的环境光学监测技术方法,研发了20多种常规污染物、污染源,VOCs,颗粒物,环境安全,水质污染在线监测技术设备,为改变我国长期以来环境自动在线监测设备依赖国外进口的局面发挥了带动作用
  
在“高起点”上做“大文章”
  
  1998年5月,以刘文清为主任的环境光学监测研究室在安徽光机所正式成立。自此,刘文清带领团队将目光对准了环境光学监测领域,开拓了我国环境光学新领域。
  简单来讲,环境光学其实就是将光谱技术应用于环境监测领域。刘文清曾做过这样一个生动的比喻:“我们发展环境光学技术,能对大气环境污染空间分布和时间演化作出准确实时的在线监测,例如二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物等,用地基、车载、机载和卫星平台光学遥感监测手段获得不同路径上污染气体的浓度及其分布,就像给人体做CT一样。”
  到今天为止,大气污染现象屡见不鲜。每当雾霾又起、能见度降低时,人们总希望大气污染问题得到解决。不过,正所谓“对症下药”,要想治理污染,首先就得了解污染物的成分,而对于瞬息万变的大气环境,能够随时监测掌握成分变化就变得更加重要起来,这就离不开环境光学监测领域了。
  回顾1999年刘文清领导的环境光学监测研究室得到研究所20万元启动经费支持,从研制空气质量二氧化硫监测仪起步的历程,他说:“只满足于向上交差的工作我不做,走形式向国家打报告要钱的工作我也不做,科研项目必须面向国家战略需求,要做就得在高起点上做好。”
  2000年5月,“环境污染高灵敏光谱在线监测技术研究”等一批瞄准国家需求的项目启动。经过努力,刘文清团队在环境监测仪器设备攻关上取得了丰硕成果。2003年,第十一届全国人大副委员长路甬祥视察安徽光机所,在面对光机所蓬勃发展的环境光学监测科研技术时,他发出了由衷的感叹:“几年前我们曾讨论过利用我国大气光学的学科基础,发展环境光学方面的应用,现在这已经变成了现实,不仅引进了优秀人才,开拓了新的方向,而且许多成果都已经实现了应用目标,有的已经初步产业化。”对此,路甬祥提出了进一步的设想,希望安徽光机所在无人机载荷、卫星载荷等领域能够继续前行发展。
  随后的几年,刘文清瞄准国家战略需求,在发展环境光学高技术上不断尝试、不断前行。从2003年开始,不断有成果获得国家或省部级科技奖。并且,这些成果都已陆陆续续应用到实际中,有监测路边汽车尾气排放的、监测温室气体排放的、监测大气颗粒物的、监测臭氧的、监测蓝藻生长的,还有监测工业烟道废气排放的,以及用于卫星平台监测全球环境变化的
  2007年2月5日,路甬祥再次来到安徽光机所。这时,中科院环境光学与技术重点实验室已于2005年成立,一个充满朝气的研发团队已初步形成,环境光学监测技术还纳入了科技部“十一五”资源科技规划看到这些接连涌现的成果,路甬祥说道:“3年多前我来到安徽光机所,许多当时还是设想的东西,现在已变成了实实在在的成果,并且不少已经产业化了,环境监测对象也由点到面,由大气向水体、土壤延伸,监测手段由实时定点到移动车载、机载,发展之快令人赞叹。”
  这些当然不是终点,每一次的进步都成为了刘文清下一步迈进的阶梯。2008年,中国北京首次燃起了奥运圣火,举国欢庆、世界瞩目。心怀科技圣火的刘文清也在中国科学院的支持下,联合兄弟单位,主持了“北京及周边地区奥运大气环境监测和预警联合行动计划”项目。在他的带领下,安徽光机所以奥运主场馆、北京市区空气污染为主要内容,建立了以北京市为中心、覆盖三大污染源地区及周边污染输送通道的大气环境立体综合监测系统,弥补北京市大气环境例行业务监测在手段、内容和范围等方面的不足,评价了机动车辆限行措施对大气环境改善的影响,为奥运空气质量保障方案作出了检验与修订。并且,这一系统使用的近80套仪器装备中95%由安光所自主研发制造,为奥运会空气污染预警和制定减排措施提供了强有力的数据支撑,发挥了重要的决策支持作用,受到时任北京市市长王岐山的赞誉。刘文清和所里其他3位同志也因此荣获“科技奥运先进个人”称号。此后,上海世博会、广州亚运会、北京APEC会议、北京九三阅兵式、G20峰会、金砖国家领导人会议安徽光机所的科研创新成果继续大显身手,为这些国际性盛会保驾护航,收获了广泛赞誉。
  2010年7月,在“大气成分演化对生态环境的影响”考察项目支持下,刘文清作为中国北极科考队成员,奔赴北极新奥尔松地区,进行了为期半个月的科考工作。在新奥尔松地区,他安装了多轴差分吸收光谱仪,对大气痕量气体柱浓度进行了连续监测,并通过网络实现远程数据传输及监控。迄今为止,安徽光机所研制的多轴差分吸收光谱仪一直在北极地区连续运行,成功获取了极地大气成分中氧化溴、臭氧、二氧化氮等气体浓度的实时监测数据。并且,在我国南极科研考察船“雪龙”号上,搭载着安光所最先进的MAXDOAS(被动差分吸收光谱系统),用于开展活性卤素化合物的探测,这还是我国首次运用自主知识产权设备监测极地气体成分和浓度;而在国家西气东输的输送线上,亟需有害气体泄露监测设备,安光所研制成功的这种设备又即将步入产业化阶段
  “以国家和社会发展需求为牵引,以解决国家需求和社会可持续发展中的大气光学与环境光学中的关键科学技术问题为主要任务,面向世界科学前沿要求、面向国家环境安全战略需求、面向世界环境科学前沿,这就是我们的发展战略。”刘文清如是说。
  
让成果造福于民
  
  “功以才成,业由才广”,任安徽光机所所长多年,刘文清深知带团队的重要性,每年面试研究生时他总说:“让新导师先挑学生吧,‘团长挑完,师长挑’。”在他的带领下,年轻导师迅速成长起来,团队也在一次次历练中发展壮大。
  如今,环境光学早已成为中国科学院合肥物质科学研究院重点发展学科之一。在安徽光机所环境光学研究中心,建有大气环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室、国家环境光学监测仪器工程技术研究中心、中国科学院环境光学与技术重点实验室、国家环境保护环境光学监测技术重点实验室、安徽省环境光学监测技术重点实验室以及安徽省环境监测技术与装备工程实验室。
  10年来,“环境光学”这一新兴交叉学科正以蓬勃的生机不断发展壮大,安徽光机所环境光学研究中心已成为我国环境光学在线监测技术的创新源头,先后承担国家、院及省级科研项目100多项,获得国家、省部级科技成果30余项、国家专利90多项,软件登记140多项,其中国家科技进步奖二等奖3项,省部级科技进步奖一等奖5项、二等奖4项。
  荣誉激励奋进。刘文清深知,科技创新的最高成就,莫过于让成果造福于民。因此,在积极研究新技术、新方法、新手段的同时,他也花费了大量时间和心血寻找转化之路。早年在工厂当钳工的经验让他知道什么是企业,什么是商品,因此他常说:“企业最好买只鸡回去就能下蛋,不能把那些不成熟的科技成果卖给他们,我们要积极寻找成果转化的途径。”
  以前,我国的常规污染物在线自动监测仪器领域几乎是空白,在刘文清带领团队成功地研制出“城市空气质量连续自动监测系统”,并与企业合作生产后,其产品价格低于国外进口产品的50%。该系统的产品化填补了国内空白,国家环保部门决策,把空气质量自动监测子站部署到全国2000个城市,参与国家空气质量日报与预报工作。
  并且,由安徽光机所自主研发的“机动车尾气遥测车”“烟气排放连续自动监测系统”“臭氧和颗粒物监测激光雷达”等系列环境光学监测仪器,在激烈的市场竞争中崭露头角,某些技术和仪器达到和超过了国际水平,大大推动了仪器设备的产业化和国产化,累计为国家节约外汇几十亿元。
  在刘文清的引领下,安徽光机所不断探索与企业合作的新模式。2001年以来,先后以技术入股等形式,与“安徽蓝盾光电子”“河北先河”“杭州聚光”“武汉天虹”“湖南力合”“安徽宝龙”“金星机电”等企业建立了长期战略合作关系,产生了良好的经济效益,反过来市场的需求又极大带动了科研的发展和创新。
  “只有通过与企业的长期战略合作,才能实现技术转移和转化。”刘文清说。在多方团队的协同努力下,当初用技术守卫环境的理想已逐渐变成了现实。不过,刘文清知道,在科技飞速发展的时代,等着他和团队的挑战还有很多。
  
中心简介
  中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学研究中心是以国家环境安全战略需求为导向,面向世界环境科学前沿,以环境光学新原理新方法研究为基础,以先进环境光学技术与应用为重点,以环境污染物实时在线光学监测新方法、新手段、关键技术创新与系统集成创新为主线,在环境科技领域开展战略性、基础性、前瞻性的应用基础研究和高技术创新研究等工作,解决环境监测领域基础研究急需的高技术平台,促进我国环境监测高新技术产业化发展。
  自2004年以来,环境光学研究中心均被评为先进集体,数次被评为中国科学院合肥物质科学研究院先进党支部;2008年被评为中科院创新文化建设先进团队和科技奥运先进集体,并获得北京奥运会残奥会环境质量保障特别贡献奖;2014年获得第二届夏季青年奥运会环境保护与应急指挥中心感谢,荣获安徽省直属机关2009年度“青年文明号”、安徽省2012年度“青年文明号”称号。多位科研人员获得全国优秀科技工作者、“万人计划”领军人才、国家“百千万人才工程”、全国三八红旗手、全国巾帼建功标兵、科技奥运先进个人、中国科学院十大杰出妇女提名奖、安徽省“十佳”女科技工作者、安徽省“三八”红旗手、安徽省先进工作者(劳动模范)、安徽青年科技奖、安徽青年五四奖章、省直机关十大女杰、省直机关优秀青年、省直机关优秀青年岗位能手、合肥市(青年)专业技术拔尖人才等国家、省、市表彰奖励与荣誉称号。
  
  

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