在武漢抗疫戰(zhàn)場，有一個(gè)大氣環(huán)境監(jiān)測團(tuán)隊(duì)在默默守護(hù)城市安全。由中國工程院院士、合肥中科環(huán)境公司學(xué)術(shù)帶頭人劉文清帶領(lǐng)的武漢大氣環(huán)境立體探測實(shí)驗(yàn)隊(duì)，持續(xù)對武漢城區(qū)和定點(diǎn)醫(yī)院、方艙醫(yī)院、隔離點(diǎn)、社區(qū)等開展走航觀測實(shí)驗(yàn)，為病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境影響因素分析提供了科技支撐。
劉文清，1954年1月出生于安徽省蚌埠市，1975年進(jìn)入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系學(xué)習(xí)，主要從事環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和應(yīng)用研究，現(xiàn)任中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院學(xué)術(shù)委員會主任、安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所首席科學(xué)家。他說：“如果環(huán)境管理是一座大廈，那么環(huán)境監(jiān)測就是頂梁柱，我們就是環(huán)境監(jiān)測的守望者。像醫(yī)生給病人做CT一樣，我們就是給大氣環(huán)境做CT的人。”
4月14日下午，劉文清院士（左）在調(diào)試車載新型大氣臭氧探測激光雷達(dá)。董云升 攝
近日，劉文清院士接受了中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站專訪。
只要人呼吸一下，儀器就可以把呼吸氣體成分分析出來
問：您的團(tuán)隊(duì)是做大氣環(huán)境監(jiān)測的，為什么會在抗疫期間來到武漢，主要任務(wù)是什么？
劉文清：環(huán)境因素是防控疫情不可忽視的方面。疫情暴發(fā)后，中國工程院緊急成立了“新冠病毒疫情環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控攻關(guān)項(xiàng)目組”，交給我們的任務(wù)是盡快改裝疫區(qū)大氣環(huán)境立體探測實(shí)驗(yàn)車，對武漢定點(diǎn)醫(yī)院、方艙醫(yī)院、隔離點(diǎn)、社區(qū)等開展走航觀測實(shí)驗(yàn)，獲取第一手大氣環(huán)境要素時(shí)空分布數(shù)據(jù)。
接到任務(wù)后，我們立即通過視頻會議討論確定了實(shí)驗(yàn)車設(shè)備部署和改裝方案，加班加點(diǎn)對儀器進(jìn)行安裝調(diào)試。實(shí)驗(yàn)車我們早就有，為了保證實(shí)驗(yàn)人員安全，我們改裝了正壓實(shí)驗(yàn)車。
實(shí)驗(yàn)車輛主要配備了我們研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的氣溶膠和臭氧探測激光雷達(dá)、高分辨便攜式質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀（PTR-MS）、氣溶膠粒徑譜儀、高光譜大氣成分掃描分析儀等7套大氣環(huán)境立體探測設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)從近地面到5公里高度大氣氣溶膠和臭氧的實(shí)時(shí)探測，實(shí)現(xiàn)對230余種揮發(fā)性有機(jī)物的秒級快速監(jiān)測，以及武漢地區(qū)氣溶膠、二氧化氮、二氧化硫、甲醛、臭氧等柱濃度的高精度連續(xù)觀測和衛(wèi)星遙感探測。這些設(shè)備都有我們自己的知識產(chǎn)權(quán)，不是從國外買來裝在我們這個(gè)車上的。
我們組建的武漢大氣環(huán)境立體探測實(shí)驗(yàn)隊(duì)共6人，駐地200米外就是武昌洪山體育館方艙醫(yī)院。我們帶了非常靈敏的測量揮發(fā)性有機(jī)污染物的儀器PTR-MS，只要人呼吸一下，它就可以把呼吸氣體成分分析出來。
我們主要是圍繞武漢火神山醫(yī)院、雷神山醫(yī)院、金銀潭醫(yī)院，還有武漢客廳等方艙醫(yī)院、百步亭社區(qū)等做網(wǎng)格化的監(jiān)測。我們每天都要去做監(jiān)測，捕捉大氣環(huán)境的差異，判斷污染物的變化。
問：這次環(huán)境監(jiān)測和以往相比，在技術(shù)上有什么突破？
劉文清：我們開展的車載走航觀測，較傳統(tǒng)的國控點(diǎn)、省站觀測，針對性更強(qiáng)，可以直接到定點(diǎn)醫(yī)院、方艙醫(yī)院附近去在線采樣分析。這種形式的觀測能夠獲得重要場點(diǎn)周邊的第一手信息，而且可以獲取從地面到高空的大氣環(huán)境空間分布數(shù)據(jù)，更加有效地分析氣溶膠和污染氣體擴(kuò)散情況。
通過這次武漢疫情期間的環(huán)境監(jiān)測，我們初步掌握了武漢重點(diǎn)場所周邊空氣中的氣溶膠、消毒劑揮發(fā)氣體等時(shí)空分布特征，可以有效評估武漢整體環(huán)境空氣質(zhì)量狀況，為判斷和評估病毒在空氣中通過氣溶膠傳播引起的暴露風(fēng)險(xiǎn)、大氣環(huán)境質(zhì)量與病毒之間的響應(yīng)關(guān)系、消毒效果評價(jià)與副作用控制提供科學(xué)數(shù)據(jù)。
這些研究成果，對于評估重點(diǎn)場所周邊的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施更合理的消毒措施，分析經(jīng)濟(jì)活動對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，都有一定的借鑒作用。
問：關(guān)于病毒傳播途徑，這次的監(jiān)測有哪些發(fā)現(xiàn)？
劉文清：我們?nèi)y武漢客廳方艙醫(yī)院、金銀潭醫(yī)院等地方，基本上是全副武裝的，穿著防護(hù)服，戴著口罩過去。
我們把所有儀器設(shè)備裝在一個(gè)移動的實(shí)驗(yàn)車上，一邊走一邊測。比如說在武漢客廳方艙醫(yī)院轉(zhuǎn)圈，只要一圈轉(zhuǎn)下來就知道這里的主要污染物，包括揮發(fā)性有機(jī)物的成分、濃度和分布。
根據(jù)我們的探測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不管是火神山醫(yī)院、雷神山醫(yī)院，還是方艙醫(yī)院，它們的負(fù)壓病房做得非常不錯(cuò)，沒有發(fā)現(xiàn)醫(yī)院病房里氣溶膠泄漏出來。
人要呼吸，他可能會有一些咳嗽粉末，這些病毒可能會吸附在氣溶膠上。如果人與人之間的距離比較近，或者空氣不流動，可能就會形成傳播。所以，避免大范圍的人員集聚，人與人之間要有一定的距離，戴口罩等等，這些措施對于防止病毒傳播是非常重要的。
一束光打過去就能知道污染物濃度
問：為什么說環(huán)境光學(xué)監(jiān)測就像是給大氣做CT掃描？
劉文清：空氣中有各種各樣的成分，包括污染物。它們都有自己的特征吸收光譜。一束光打出去，各種各樣的空氣組分或者污染物會在某一些頻率上對光波進(jìn)行吸收，形成特征吸收光譜。實(shí)際上就像人的指紋一樣，通過一些儀器、設(shè)備和一定的計(jì)算方法、分析方法就能把它們檢測、測量出來。
我們的設(shè)備可以進(jìn)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(gè)CT掃描，比如說50米、100米，甚至到幾公里幾十公里，在這個(gè)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(xué)技術(shù)，靠光的散射反射來區(qū)分污染物。
環(huán)境光學(xué)監(jiān)測廣泛應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測、污染源排放監(jiān)測、大氣成分探測、安全生產(chǎn)過程監(jiān)控、應(yīng)急監(jiān)測等，服務(wù)于環(huán)境、氣象、海洋、公共安全、應(yīng)急管理等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。通過環(huán)境光學(xué)監(jiān)測技術(shù)，已構(gòu)建空氣質(zhì)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(wǎng)絡(luò)、工業(yè)園區(qū)污染全方位監(jiān)測系統(tǒng)等，為環(huán)境質(zhì)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(shù)據(jù)和先進(jìn)的技術(shù)手段。
比如說你拿個(gè)手持的PM2.5監(jiān)測儀，用一個(gè)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(xué)監(jiān)測技術(shù)的突破會帶來環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域哪些新變化？
劉文清：傳統(tǒng)的監(jiān)測方式主要是現(xiàn)場采樣實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析。光學(xué)監(jiān)測的優(yōu)勢表現(xiàn)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(shí)現(xiàn)自動、在線、現(xiàn)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(xiàn)場，如果用光學(xué)技術(shù)，可以不到現(xiàn)場，一束光打過去之后，就可以知道那個(gè)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(gè)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(shí)這些污染氣體都是肉眼不可見的。
高光譜衛(wèi)星遙感技術(shù)是利用光譜對全球大氣污染持續(xù)遙感成像的前沿技術(shù)，它能夠在短時(shí)間內(nèi)提供全球大氣污染分布特征，區(qū)域大氣污染的時(shí)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(shù)支持，更科學(xué)更合理制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策，還能為我國國際環(huán)境外交活動、國際環(huán)境保護(hù)合作提供有力的科技支撐。
問：環(huán)境質(zhì)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(zhì)量在不斷改善，這和國家的工業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)等有關(guān)。短期的，比如說出現(xiàn)霧霾天氣，可能還是與氣象條件有關(guān)，因?yàn)槿绻麣庀髼l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(zhì)量提升，還是要靠能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。
現(xiàn)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(dāng)科學(xué)家就要耐得住寂寞
問：您在上大學(xué)之前曾經(jīng)做了5年鉗工，什么動力讓您一步步成為科學(xué)家？
劉文清：我高中畢業(yè)后在一家小型國企干鉗工。那時(shí)候是三班倒，有一天凌晨，那個(gè)沖床突然掉下來了，我這個(gè)手幸虧拽得快，但是手指頭被打掉一小節(jié)。當(dāng)時(shí)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(yùn)，所以就不斷學(xué)習(xí)，1975年進(jìn)入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系學(xué)習(xí)。
中科大作為科學(xué)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(xué)家。我進(jìn)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(shè)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(xué)們一起努力的氛圍中，我立志當(dāng)一名科學(xué)家，為國家的科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一點(diǎn)力量，為國家的強(qiáng)大做出貢獻(xiàn)。
問：1978年11月您畢業(yè)參加工作，那時(shí)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(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所工作。當(dāng)時(shí)的條件很差，那個(gè)時(shí)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(jīng)?？吹缴摺Ｖ荒茉谑程贸燥?，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(gè)多小時(shí)才走回來。
雖然生活條件艱苦，但當(dāng)時(shí)的科研條件和科研任務(wù)吸引我留了下來。其實(shí)，從立志當(dāng)科學(xué)家，就知道需要耐住寂寞，因?yàn)橹挥锌炭嚆@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(xué)習(xí)英語，出國留學(xué)讀醫(yī)學(xué)博士，一路走來，學(xué)習(xí)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(dān)的事情就越多、做的貢獻(xiàn)就越大。人還是要活到老學(xué)到老，因?yàn)橹R在增加，光靠大學(xué)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(jìn)展，我就補(bǔ)英語，閱讀文獻(xiàn)。夏天，董鋪島蚊蠅很多，為了不讓這些小昆蟲打擾我學(xué)習(xí)《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(xué)要打牢基礎(chǔ)。只要掌握了這個(gè)基礎(chǔ)，就可以做很多工作。我在國外的時(shí)候讀的是醫(yī)學(xué)博士。原理是這樣的，如果得了癌癥，癌細(xì)胞對光敏劑的吸收濃度要比正常的細(xì)胞要高，所以用特定波長的激光去照射它的時(shí)候，光敏劑就會形成活性很強(qiáng)的單態(tài)氧，癌細(xì)胞就缺氧凋亡。我這么多年來一直不停地在學(xué)習(xí)，現(xiàn)在用激光監(jiān)測大氣不同高度的污染物，實(shí)際上和做X光、做CT方法是一樣的，兩個(gè)光在這不停地掃描，人從中間過去，對他進(jìn)行成像。
研究對象也好，做醫(yī)學(xué)也好，實(shí)際上好多都是相通的。我們有一個(gè)團(tuán)隊(duì)在做糖尿病檢測，一般糖尿病檢測要抽血，它不用，用一束LED光照射皮膚，通過檢測皮膚熒光光譜的變化，就可以診斷是否患有糖尿病。
我不想一輩子說外國話，我有自己的家國情懷
問：您出國時(shí)，我們和西方發(fā)達(dá)國家在光學(xué)領(lǐng)域上差距還很大，為什么沒有留在國外實(shí)驗(yàn)室？
劉文清：當(dāng)時(shí)，我們的光學(xué)儀器無論是理論、材料還是技術(shù)方面都和國外差距很大，環(huán)境光學(xué)監(jiān)測儀器在國內(nèi)是一片空白。我第一次出國是去日本，他們一個(gè)大的激光雷達(dá)有6層樓高，可以打到日本的富士山，轉(zhuǎn)一圈就知道污染物在什么地方。他們的技術(shù)水平還是非常先進(jìn)的。
當(dāng)時(shí)不管去日本、意大利還是德國，感覺到我們國家科技水平還是比較落后。再一個(gè)我們的經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較落后，所以一些高端的儀器設(shè)備買起來很費(fèi)勁。我記得回國的時(shí)候，我們老組長買放大器，實(shí)際上也就2萬美元，現(xiàn)在2萬美元不算什么，那時(shí)候2萬美元對課題組來說很難。這件事對我觸動還是很大的。
當(dāng)時(shí)就想讓在國外學(xué)到的東西在我們自己的實(shí)驗(yàn)室開花結(jié)果。我從希臘回來之前，我“老板”跟我說，你回去看看你母親，然后再回來。我回來之后就沒再回去，我選擇回國發(fā)展，首先我要說中國話，盡管外國話我說得很好，但我不想一輩子說外國話，我有自己的家國情懷。
問：中國自己的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測研究是如何一步步搞起來的？
劉文清：1998年，中科院和國家環(huán)保總局的領(lǐng)導(dǎo)商談提出，中科院可在環(huán)境光學(xué)研究方面提供科技支撐。那時(shí)候我們國家空氣質(zhì)量監(jiān)測站還不多，所用的設(shè)備全是從國外進(jìn)口，所以我當(dāng)時(shí)就想做這一塊。
1999年，我領(lǐng)導(dǎo)的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測研究室得到20萬元啟動經(jīng)費(fèi)，研制能夠監(jiān)測二氧化硫濃度的空氣監(jiān)測儀。接到任務(wù)之后，我就決心將這個(gè)項(xiàng)目做成真正實(shí)用的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，而不是一個(gè)“向領(lǐng)導(dǎo)交差”或者圈錢的項(xiàng)目。
從這項(xiàng)研究任務(wù)開始，我就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)國家對環(huán)境監(jiān)測的需要，開發(fā)出了多種監(jiān)測儀器，并陸續(xù)投入使用。我曾先后邀請王大珩等多位院士來研究所，指導(dǎo)開展環(huán)境光學(xué)的科研布局及建設(shè)。2000年4月，由兩院院士組成的“先進(jìn)環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｎ}組”，向國家提供了一份《先進(jìn)環(huán)保技術(shù)咨詢報(bào)告》，肯定了我們開發(fā)的多種環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，建議把“DOAS空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)”“紫外差分煙道在線監(jiān)測系統(tǒng)”“機(jī)動車尾氣遙測系統(tǒng)”等列為國家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。
就這樣，我們的產(chǎn)品一步步發(fā)展起來。之前我國的常規(guī)污染物在線自動監(jiān)測儀器幾乎是空白，我們研制出的“城市空氣質(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)”與企業(yè)合作生產(chǎn)后，其產(chǎn)品價(jià)格低于國外進(jìn)口產(chǎn)品的50％。
科研不能搞短平快，沒有捷徑可走
問：您從事了四十多年科研工作，什么是科研的出發(fā)點(diǎn)？
劉文清：作為科研工作者，要有科學(xué)家的社會責(zé)任，要以研究重大問題、服務(wù)國家和社會作為最高目標(biāo)。國家環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)展需要我們做的事有很多。選準(zhǔn)方向，做國家最需要的事，永遠(yuǎn)是我們的出發(fā)點(diǎn)。
我常對學(xué)生說，我們搞科研，一定要思考給國家、社會留下什么。因?yàn)榈谝粋€(gè)，搞科研花的是國家的錢；再一個(gè)，博士畢業(yè)差不多30歲，我們一個(gè)項(xiàng)目一般是3年，到60歲退休，你做10個(gè)項(xiàng)目就回家了。
科研不可能搞短平快，沒有捷徑可走。就是要腳踏實(shí)地，不斷地去探索、去鉆研，而且即使這樣也不見得保證每個(gè)人都能夠成功。因?yàn)橛行〇|西它要一定時(shí)間后才能出現(xiàn)，并不是說我今天讓你做這個(gè)，然后過兩天你就給我拿出來，絕對不可能，必須要經(jīng)過一定時(shí)間的磨練、失敗總結(jié)，最后才能夠成功。
問：最讓您煎熬的科研攻關(guān)項(xiàng)目是哪一個(gè)？
劉文清：前面提到的，2018年5月9日，我國當(dāng)日發(fā)射成功的高分五號衛(wèi)星，搭載了我們所自主創(chuàng)新研制的三個(gè)大氣環(huán)境監(jiān)測載荷，這也標(biāo)志著我國高光譜分辨遙感衛(wèi)星技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
回想研發(fā)初期，我們團(tuán)隊(duì)在航天質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)、接口等問題上經(jīng)驗(yàn)匱乏，人手也不足。我們不可能買國外的設(shè)備裝到我們的衛(wèi)星上去發(fā)射，所有的東西都必須是自己的。我們從一個(gè)芯片、一個(gè)接口開始，通宵達(dá)旦查資料，打造了一支吃苦耐勞的攻堅(jiān)隊(duì)伍，最終順利完成了項(xiàng)目交付。
問：對有志于從事科研的年輕人，有什么建議？
劉文清：實(shí)際上就兩個(gè)字，專注。別受社會上這樣那樣的誘惑?？蒲袥]有捷徑，達(dá)不到那個(gè)程度，沒有經(jīng)過那個(gè)過程，不可能出成果。所以我跟年輕人說，遇到困難之后，你別去繞，如果你繞過去了，今天算你僥幸，但這個(gè)困難將來還會出來，你要把這個(gè)困難解決了，搞通了你再去走。所以我覺得還是要專注，還是要能夠靜下心來。人生短暫，不能虛度光陰。
文章源自：中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站 尹健 李雪原
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