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刘文清院士:持光学之剑,做蓝天守护者

2024-07-05

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闻之色变的酸雨,遮天蔽日的雾霾,愈演愈烈的温室效应……说起大气污染,我们都不陌生,甚至深受其害。但大气污染并非无解,通过有效的监测手段,就可以像拍CT一样,找准“病灶”,完成对主要污染源的精准排查,从根源解决大气污染问题。

今天,我们要说的主人公,就是这样一个“给大气环境做CT的人”。

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刘文清

中国工程院院士

刘文清,中国工程院院士、现任中国科学院安徽光学精密机械研究所(以下简称“安光所”)学术所长。主要从事环境监测技术和应用研究,发展了环境光学监测新方法,研发了系列环境监测技术设备并实现产业化,集成了大气污染综合立体监测系统并进行应用示范,开拓形成了我国环境光学监测技术新领域。获国家科技进步二等奖3项,省部级科学技术一等奖5项,发明专利授权50余项,荣获“全国先进工作者”称号。

读万卷书

“我立志当一名科学家”

1954年,刘文清出生在安徽蚌埠的一个普通家庭,高中毕业后,他在一家小型国企当了五年的钳工。某天夜班时,冲床突然掉落,刘文清反应飞快地将手拽出来,但还是被打掉一小节手指头。“当时我就想,我要学习,我要改变。”知识能够改变命运,这是辛苦的岁月里,少年刘文清唯一的想法。

1975年,刘文清经过不懈的努力考入中国科技大学物理系,通过三年的系统学习,在这座他向往的大学殿堂中,他对科学研究有了更加深刻的了解,在彼时国家需求、教学氛围的熏陶下,刘文清立志当一名科学家,为国家的科技发展贡献自己的一点力量。
1978年11月,顺利毕业的他被分配到了位于合肥市西郊董铺岛上的安光所工作。当时的董铺岛正值百废待兴之际,来岛的公交只有三班,进出岛都很困难,哪怕是靠行走,在夏天也经常能在进岛的窄路上看到蛇。有一年冬天,刘文清外出办事回岛途中,错过了最后一班公交车,没有其他交通工具的他,只能冒雨走了三个多小时,深夜才回到安光所。如此艰苦的条件,刘文清仍然潜心研究科研任务,爱喝咖啡的刘文清是这样说的:“搞科研和喝咖啡有点类似,总是先苦后甜”。
为了更好了解国际上的科研进展,刘文清苦学英语,勤读文献。他买了《新概念英语》,夏天董铺岛蚊蝇泛滥,为了不让它们打扰学习,刘文清买了一双长靴套住双脚和小腿,躲在蚊帐里,将几册《新概念英语》背的滚瓜烂熟,他的双脚也几乎被捂烂。同时,为了练习英语口语,刘文清需要一台录音机,当时单位提供借工资分期付款的福利,每月工资只有50多元的刘文清,每月需扣除10元工资,且持续三年,但他还是咬牙购入了一台录音机,最终刘文清练就了一口流利的英语。
英语能力的提高,帮助他拿到了出国留学的通行证。


行万里路

“做国家最需要的事,永远是我的出发点”

1986年刘文清开始了他的游学生涯,从意大利到日本,从德国到希腊,刘文清的眼界、知识和见解愈发提升,心情却更加沉重。

“我第一次出国是去日本,他们一个大的激光雷达有6层楼高,可以打到日本的富士山,转一圈就知道污染物在什么地方。后来我回国时,我们老组长买放大器,实际上也就2万美元,现在2万美元不算什么,那时候2万美元对课题组来说很难。这件事对我触动还是很大的。”

与国外的巨大差距让刘文清意识到了当时中国与发达国家技术水平和经济实力的悬殊。1998年,海外学成的刘文清回到了董铺岛上的安光所,他想让学习到的知识在我们自己的实验室开花结果。他说:“首先我要说中国话,尽管我外国话说得很好,但我不想一辈子说外国话,我有自己的家国情怀”。同年,以刘文清为主任的环境光学监测研究室在安光所正式成立,他带领团队瞄准环境光学监测领域,开拓了我国环境光学新领域。

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刘文清在德国马普化学所工作时与诺贝尔化学奖得主Crutzen教授合影。图源:中国统一战线

1999年,刘文清领导的环境光学监测研究室得到了20万元启动经费支持,科研任务是研制能够监测二氧化硫浓度的空气监测仪,他决心要将这个项目做成真正实用的环境监测设备,“而不是一个‘向领导交差’或者圈钱的项目”。

以此为开端,刘文清引领团队,针对国家在环境监测方面的需求,成功研发了多款监测设备,并逐步将其投入实际应用。他曾多次邀请王大珩等资深院士访问研究所,以指导环境光学的科研战略布局与设施建设。2000年4月,一个由两院院士组成的“先进环保技术领域专题组”向国家提交了一份《先进环保技术咨询报告》,报告中对团队研发的多种环境监测技术给予了高度评价,并建议将“DOAS空气质量自动监测系统”“紫外差分烟道在线监测系统”“机动车尾气遥测系统”等项目列为国家重点发展计划。

2008年,北京燃起奥运圣火,刘文清带领团队来到北京,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,安徽光机所作为项目中唯一一家京外单位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京津冀大气环境立体综合监测网,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。并且,在这次项目中使用的近80套仪器装备中95%是由安光所自主研发制造的,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……安光所频频为国际盛会保驾护航。

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2007年8月,刘文清(左一)在奥运主场馆环境监测超级站现场汇报工作。图源:中国统一战线


时间来到2018年5月,刘文清及其团队最煎熬的科研项目成功落地——高分五号卫星,搭载了安光所自主创新研制的三个大气环境监测载荷,刚接到这个科研任务的时候,刘文清及其团队面对着接踵而至的问题:芯片、接口、航天质量、科研人员不足.......但刘文清坚持:国之重器不能依靠进口,必须为高分五号提供自主仪器设备。他们宵衣旰食,通宵达旦,查资料,磨技术,最终顺利完成了项目交付。

2018年5月9日,随着高分五号卫星的成功发射,我国开启了对大气环境精准“把脉”的时代。这颗卫星的升空,使得我国首次具备了获取全球污染气体分布数据的能力,不仅极大地增强了我国在大气污染控制决策方面的技术支持,也为我国在全球环境外交领域提供了坚实的数据支撑。

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刘文清(右一)带领团队调试高分五号载荷核心部件。图源:中国科学报 


2020年,刘文清带领团队奔赴武汉,当时交给刘文清团队的任务,是改装适合疫区的大气环境立体探测实验车。刘文清及团队紧急调试设备,小小一台实验车,居然配备了自主研发的气溶胶和臭氧层探测激光雷达、高分辨便携式质子转移反应质谱仪、气溶胶可粒径谱仪等7套大气环境立体探测设备,可以实现对近地面到5 km高度大气气溶胶和臭氧的实时探测,实现对230余种挥发性有机物的秒级快速监测。

在武汉期间,这支6人小分队就驻扎在距离武昌洪山体育馆方舱医院200 m的驻地,持续对武汉城区和定点医院等地开展走航观测实验,获取第一手的大气环境要素时空分布数据,为病毒传播风险评估、环境影响因素分析提供有力的科技支撑。

从国企时期立志从事科研开始,刘文清始终知行合一,夙兴夜寐精进科研能力,皓首穷经忧国家之忧。在十余年的留学生涯中,刘文清想的始终是要回到家乡,他说:“作为科研工作者,要有科学家的社会责任,要以研究重大问题、服务国家和社会作为最高目标。国家环境监测技术发展需要我们做的事有很多。选准方向,做国家最需要的事,永远是我们的出发点。”环境监测、抗疫一线、为多场国际盛事保驾护航,刘文清用自己的学识践行者国之己任......这一阶段的成功只是开启下一阶段的阶梯,刘文清永不止步于当前。

参考文献

1.中国工程院新闻办公室. 院士讲科学 成就孩子科学素养 第2辑[M]. 北京:科学普及出版社, 2017.05.

https://ycfw.library.hb.cn:8000/vpn/2/https/MJYX843PMS4YR4LWF3SX85B/bookDetail.jsp?dxNumber=000016604656&d=8A084E2A558AF6E309BDAC68D21E6B87
2.王爱萍,袁孝炳. 为大气环境拍“CT”的科学家——记中国工程院院士、民进中央委员刘文清[J]. 中国统一战线,2014(6):65-67. DOI:10.3969/j.issn.1005-5819.2014.06.033.

https://ycfw.library.hb.cn:8000/vpn/4/https/MRYHPZLPM3RX635EMF4GCLUDN7XT6Z5P/periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMxMjI2Eg96Z3R5engyMDE0MDYwMzMaCGdpNmZjNmZs

3.胡敬. 环境之光-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[J]. 科学中国人,2017(11X).

https://ycfw.library.hb.cn:8000/vpn/4/https/MRYHPZLPM3RX635EMF4GCLUDN7XT6Z5P/periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMxMjI2Egk2NzQyMjQ5NzYaCGo3N3JyZGU4

4.【中国纪检监察报】专访中国工程院院士刘文清:给大气做CT的人

http://www.ahjjjc.gov.cn/p/83696.html

5.刘文清. “双碳”目标下大气环境光学监测技术发展机遇[J]. 光学学报, 2022, 42(6): 0600001.

https://www.opticsjournal.net/Articles/OJ75beb4ae873f69ec/Abstract

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