给大气做CT的人 专访院士刘文清

我们的设备可以进行立体垂直探测，这样就可以知道光路上不同高度的污染物成分和含量，就如同给大气做一个CT扫描，比如说50米、100米，甚至到几公里几十公里，在这个层面上，它的污染物是怎么样分布的，怎么样输送的。目前包括在卫星平台上对大气环境测量基本上都是用光学技术，靠光的散射反射来区分污染物。

环境光学监测广泛应用于空气质量监测、污染源排放监测、大气成分探测、安全生产过程监控、应急监测等，服务于环境、气象、海洋、公共安全、应急管理等领域，在国民经济发展中发挥重要作用。通过环境光学监测技术，已构建空气质量的自动监测系统、污染源排放连续监测系统、区域污染立体探测网络、工业园区污染全方位监测系统等，为环境质量监测评估、环境污染控制、环境改善提供第一手的监测数据和先进的技术手段。

比如说你拿个手持的PM2.5监测仪，用一个小的激光器打一束光，从一定的角度去测量它，你就可以知道空气中PM2.5的浓度是多少。

问：光学监测技术的突破会带来环境监测领域哪些新变化？

刘文清：传统的监测方式主要是现场采样实验室化学分析。光学监测的优势表现在具有非接触测量、灵敏度高、选择性好、适用范围广等方面，实现自动、在线、现场监测与遥感遥测的综合立体监测。比如发生了一起污染事故，传统监测要拎着仪器到现场，如果用光学技术，可以不到现场，一束光打过去之后，就可以知道那个地方的污染物浓度是多少。

2018年5月9日，我国高分五号卫星发射成功，卫星搭载了我们所自主创新研制的三个大气环境监测载荷。通过高分五号载荷的观测，可以像气象卫星图片上云的分布一样，看清楚全球的污染气体的分布，平时这些污染气体都是肉眼不可见的。

高光谱卫星遥感技术是利用光谱对全球大气污染持续遥感成像的前沿技术，它能够在短时间内提供全球大气污染分布特征，区域大气污染的时间序列变化和输送信息。通过高分五号的观测，我们掌握了全世界污染的资料。因此，不仅在宏观上为我国的大气污染控制决策提供技术支持，更科学更合理制定经济发展和产业结构政策，还能为我国国际环境外交活动、国际环境保护合作提供有力的科技支撑。

问：环境质量的持续改善，从长期来看主要取决于哪些因素？

刘文清：近年来我国环境质量在不断改善，这和国家的工业结构、能源结构等有关。短期的，比如说出现雾霾天气，可能还是与气象条件有关，因为如果气象条件把污染物的边界层从两公里下降到一公里，等于浓度一下子提高了很多倍。长期的环境质量提升，还是要靠能源结构、生产结构的调整。

现在贯彻新发展理念，我们那么多科技人员也在做这方面的工作。环境变好，污染物下降，最受益的是老百姓。

当科学家就要耐得住寂寞

问：您在上大学之前曾经做了5年钳工，什么动力让您一步步成为科学家？

刘文清：我高中毕业后在一家小型国企干钳工。那时候是三班倒，有一天凌晨，那个冲床突然掉下来了，我这个手幸亏拽得快，但是手指头被打掉一小节。当时我就想，我要改变。我父亲是普通群众，我母亲不识字。我觉得知识能够改变命运，所以就不断学习，1975年进入中国科学技术大学物理系学习。

中科大作为科学家的摇篮，培养了我国很多优秀的科技人才，各系的主任和老师，很多都是我国知名科学家。我进入中科大，了解了中科大建校的初衷、历史以及其在国防建设中发挥的作用。在国家需求的牵引下，在老师的熏陶下，在同学们一起努力的氛围中，我立志当一名科学家，为国家的科技发展贡献自己的一点力量，为国家的强大做出贡献。

问：1978年11月您毕业参加工作，那时的工作生活条件怎样？

刘文清：1978年11月，我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工作。当时的条件很差，那个时候到岛上来只有三班公交车，早上中午下午各一班，要想出岛很困难，来岛上的路非常窄，夏天在路上经常看到蛇。只能在食堂吃饭，没办法自己去做。有一次我从外面办事回来没赶上车，整整走了三个多小时才走回来。

虽然生活条件艰苦，但当时的科研条件和科研任务吸引我留了下来。其实，从立志当科学家，就知道需要耐住寂寞，因为只有刻苦钻研才能取得成果。

问：您后来又攻读研究生，从《新概念英语》开始学习英语，出国留学读医学博士，一路走来，学习对您意味着什么？

刘文清：我觉得艺不压人。会的越多，将来你能够承担的事情就越多、做的贡献就越大。人还是要活到老学到老，因为知识在增加，光靠大学的知识，光靠老师教的知识，肯定不够你工作上用。改革开放初期，为了更好地了解国际上的科研进展，我就补英语，阅读文献。夏天，董铺岛蚊蝇很多，为了不让这些小昆虫打扰我学习《新概念英语》，我就买了一双长靴套住双脚和小腿，躲在蚊帐里背诵一篇篇课文。最终，我把几册《新概念英语》上的课文都背得滚瓜烂熟，而我的双脚也几乎被捂烂。

我觉得不能死读书、读死书，搞自然科学要打牢基础。只要掌握了这个基础，就可以做很多工作。我在国外的时候读的是医学博士。原理是这样的，如果得了癌症，癌细胞对光敏剂的吸收浓度要比正常的细胞要高，所以用特定波长的激光去照射它的时候，光敏剂就会形成活性很强的单态氧，癌细胞就缺氧凋亡。我这么多年来一直不停地在学习，现在用激光监测大气不同高度的污染物，实际上和做X光、做CT方法是一样的，两个光在这不停地扫描，人从中间过去，对他进行成像。

编辑：李丹