科技自立自强之院士说|刘文清：守望地球大气，奔赴星辰深空

新华网北京5月21日电 题：刘文清：守望地球大气，奔赴星辰深空

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新华网记者 赵秋玥

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蔚蓝苍穹之下，地面雷达精准捕捉大气成分的每一丝细微变化；星河浩瀚之中，卫星载荷默默织就守护地球的“天网”，月球南极的永久阴影坑旁，一项中国“黑科技”即将破解水源之谜。

浩瀚宇宙、天地之间，藏着中国工程院院士、中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所学术委员会主任刘文清数十载的坚守与深耕。4月17日，其团队自主研制的两大核心卫星载荷，搭载于探测卫星DQ-2顺利入轨，实现24小时监测全球大气；今年，嫦娥七号将携团队最新研制的仪器奔赴月球，开展月球极区水冰的原位探测，打破传统探测手段的局限。

扎根大地守望蓝天，奔赴星河探寻未知。他始终坚信：科研之路崎岖，唯有不畏劳苦、坚守初心者，方能抵达光辉顶点。

天地组网 24小时守护全球大气

刘文清院士长期深耕环境光学监测技术，该领域以光科学融合现代信息技术获取环境参数，具备实时动态、非接触遥测、监测范围广、成本低等突出优势，是国际环境监测的主流方向与核心技术。在他的科研体系中，激光雷达与微波雷达是地面高精度环境监测的核心装备，也是环境光学工程化应用的关键支撑。

图为中国工程院院士、中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所学术委员会主任刘文清

激光雷达源于无线电波探测与测距技术，伴随激光器问世逐步走向实用，是环境监测的核心工具之一。在大气观测体系里，激光雷达与微波雷达分工清晰、优势互补：激光雷达看环境，微波雷达看天气。激光雷达是痕量气体探测的“行家里手”，灵敏度可达十亿分之一到万亿分之一级，擅长探测气溶胶、污染气体与温室气体，堪称环境科学家的“显微镜”；微波雷达主攻云雾雨等气象要素，可全天候稳定工作，是气象预报的“千里眼”。二者协同观测，能够精准揭示大气环境变化与污染传输规律，为污染精准治理提供坚实支撑。

以此为根基，刘文清院士团队将成熟的环境光学核心技术从地面延伸至太空。4月17日，我国在酒泉成功发射了高精度温室气体综合探测卫星（DQ-2），卫星上共计5台关键设备，其中EMI-NL大气成分探测仪和CAPC云和气溶胶成像仪由中科院安徽光机所刘文清院士团队自主研制。

其中，EMI-NL作为安光所第三代大气监测“神器”，重点监测二氧化氮、二氧化硫、臭氧、甲醛等污染气体。它拥有“双重视角”：既可“低头观测”，以7公里高分辨率捕捉污染水平分布；又能“侧视扫描”，解析大气垂直结构，弥补平面观测的短板。这是国际首次实现天底与临边同步成像观测，可立体还原全球污染分布，精准溯源污染源、量化排放通量。

CAPC云和气溶胶成像仪专注于云与气溶胶监测，依托多角度偏振技术，清晰获取云与颗粒物分布信息，为其他载荷提供大气校正，有效降低云、雾霾干扰，显著提升温室气体监测精度与可靠性。

DQ-2卫星入轨后，将与在轨的DQ-1卫星形成上下午组网观测，实现全球大气24小时不间断监测，数据广泛服务于生态环保、气象、农业、自然资源等领域，为我国减污降碳、生态文明建设提供硬核数据支撑。EMI-NL、CAPC两款高精度光学遥感载荷，与激光雷达技术同源、原理相通、目标一致，共同构建起“地面雷达+太空遥感”的天地一体环境监测体系。

刘文清表示，污染气体与温室气体同根同源，减排与治理具备显著协同性，因光谱波段不同，监测技术与手段各有差异。历经多年攻关，我国在光学与电子学元器件领域取得了重大进展，在环境光学与雷达领域，从激光器、探测器到信号处理器，国产化率超过99%，基本实现全国产化，核心器件装备全面自主可控。

“我们已研制的大气污染气体监测卫星载荷填补技术空白，提供全球关键气体成分的中国数据，技术指标达国际先进水平，实现大气污染监测卫星从无到有、从跟跑到并跑的跃升。”他说。

与此同时，团队还将成熟的环境监测技术向“一带一路”沿线国家推广，以中国原创科技，为全球生态环境治理贡献力量。

把激光雷达和臭氧激光雷达都送上天

《关于全面推进美丽中国建设的意见》提出，加强消耗臭氧层物质和氢氟碳化物环境管理。到2027年，全国细颗粒物平均浓度下降到28微克/立方米以下，各地级及以上城市力争达标；到2035年，全国细颗粒物浓度下降到25微克/立方米以下，实现空气常新、蓝天常在。

以大气环境为例，细颗粒物与臭氧是当前影响大气环境的两大主要污染物，臭氧作为二次污染物，受工业排放等多重因素影响，治理难度更大。

“现阶段我们最核心的目标，就是把激光雷达包括臭氧激光雷达送上卫星平台。地面监测只能获取单点数据，星载激光雷达具备距离分辨率，可实现全球覆盖；结合星上电子学实时解析技术，卫星过顶后可快速获取浓度数据，最快几分钟内就能掌握监测结果，大幅压缩传统数天的数据处理延迟。”刘文清说。

环境高技术是我国绿色低碳安全发展的重要推力。数据先行，在国家重大项目支持下，我国发展高灵敏环境监测新方法新技术，研发系列大气环境监测装备并实现产业化，推动我国环境监测技术迭代升级。

放眼更长远的未来，刘文清的目标是让中国环境监测技术走出地球、迈向深空。今年，团队研制的仪器将搭载嫦娥七号任务，开展月球极区水冰的原位探测，揭示月球极区水冰的来源及其含量；同时与香港中文大学联合研制的仪器将搭载天问三号任务，开展火星大气痕量水汽及其同位素的探测，揭示火星水的逃逸过程。

“我希望把这些技术应用于外太空，为月球科研站建设、月壤环境风险评估等深空探索任务，提供关键环境感知支撑。”刘文清说。

能不能到达光辉的顶点，就两个字：坚持

从钳工起步，成长为中国工程院院士；放弃国外优渥条件，毅然回国从零起步开展科研与成果转化，支撑刘文清一路攻坚克难、开拓创新的，是把知识转化为技术、让科研成果落地生根的坚定信念。

他认为，新时代我国优良的科技环境，为科研人员搭建了广阔舞台，年轻人只要有想法、有能力、肯实干，就能拥有施展才华的机会。他常勉励学生，科研生涯短暂，真正的价值不在于个人得失，而在于研发的仪器与技术能服务国家、造福社会。

在他眼中，当代青年科研人员满怀科研热忱，相比物质回报，他们更需要宽松的科研环境、自主的探索空间，以及成果落地带来的获得感与成就感。

面对科研竞争激烈、资源有限的现状，他建议适当降低项目申请门槛，让更多热爱科研的年轻人心无旁骛投入研究与转化。如今，刘文清的科研团队已由80后、90后、00后青年骨干挑大梁。

“科研的道路崎岖不平。无论从事理论研究、基础研究、技术研发还是成果转化，只要坚持下去，就一定能渡过难关，前景必将十分光明。在崎岖小路上攀登，只有不畏劳苦的人，才有希望到达光辉的顶点。而能不能真正抵达光辉的顶点，关键就两个字：坚持。”刘文清说。