“生态环境监测技术装备，是信息时代环境科技发展的源头，是生态环境科学的‘先行官’，也是我国绿色低碳发展的‘倍增器’。建设绿色智慧的数字生态文明，离不开先进的环境探测技术和仪器。”中国工程院院士、中国科学院安徽光学精密机械研究所学术所长刘文清表示。
在不久前召开的“2023全国挥发性有机物（VOCs）污染防治科技大会暨全国挥发性有机物污染防治技术装备博览会，2023全国恶臭污染物测试、环境监测与控制技术装备展览会”上，刘文清作为我国环境光学监测领域的领军人物，现场分享了环境光学监测技术的进展及应用。
图为刘文清院士在主旨报告环节发言
大气污染气体与温室气体同根同源，但监测仪器要求差异明显
空气中的各种成分，包括污染物在内，都有其特征吸收光谱。通过设备对污染物进行立体垂直探测，可以精准探测光路上不同高度的污染物成分和含量，这也是光学能为环境监测提供支撑的原因所在。
刘文清表示，大气污染气体与温室气体是同根同源的，温室气体减排和大气污染治理措施具有显著的协同性。但是二者的监测要求存在较大差异，对所涉及的监测仪器与技术研发提出了更高要求。
世界气象组织（WMO）发布的《2022年全球温室气体公报》显示，2022年全球大气主要温室气体浓度继续突破有仪器观测以来的历史纪录，二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的浓度分别达到417.9±0.2 ppm、1923±2 ppb、335.8±0.1 ppb，相比2021年，2022年大气二氧化碳浓度增幅约2.2 ppm。
刘文清以CO2举例，由于目前大气CO2浓度大约为400ppm左右，其年均变化为2ppm左右，最小月变化为0.08ppm，相当于测量高背景值下的微小变化，如果想要准确测出CO2的月均变化，意味着仪器的探测分辨率即灵敏度需要小于0.08ppm，否则测量结果就会失效。
“污染气体和温室气体的光谱探测分辨率的要求也不一样，温室气体要求相对更高。例如针对污染气体NO2，仪器分辨率需要小于0.5nm。而针对温室气体CO2的探测分辨率需要小于 0.25nm。”他表示。
“自上而下”核算碳排放、碳汇，校准“自下而上”的排放清单
刘文清介绍了环境光学立体监测技术在大气污染、温室气体、土壤环境、水体环境、卫星遥感等多领域的监测应用。
在温室气体监测方面，他指出，为实现“双碳”目标，面向统筹支撑国际履约、应对气候变化、引领全球气候治理、落实减污降碳工作需要，急需补齐温室气体监测能力短板。其中，包括温室气体地面大气及生态碳汇监测、地基及天基遥感监测能力，并加快建立园区、城市、区域、全球不同层面、不同尺度的碳监测技术体系。
他表示，基于天、空、地一体化温室气体监测能力，结合碳排放清单及碳同化反演系统，可以实现以“自上而下”的方式核算城市及区域碳排放和自然碳汇，校准“自下而上”的碳排放清单，评估碳达峰、碳中和进程。
目前，仍没有一种单一技术能满足温室气体监测的多种要求，不同的监测平台有着各自的优缺点。
刘文清介绍，综合外场观测可以认识复杂的大气污染过程和进行综合区域研究；污染源排放监测可以获取区域和行业排放成分特征；长期监测站可识别污染的来源归因和污染趋势变化；卫星遥感可以获取污染长距离传输、源排放和区域输送状态；模型模拟对比可以认识复杂的物理与化学过程与气象场的作用，以及其对空气质量、全球气候变化的影响。
他建议构建多平台智慧大气环境监测系统，支撑大气污染气体和温室气体的来源识别与定量分析，为我国绿色低碳发展提供关键支撑。
强化市场、技术、政策融合协同，推进环境产业核心技术发展
刘文清认为，“十四五”期间，环境监测呈现出更多、更全、更精准、规范化、智慧化、一体化的新需求。“我国的环境监测已经走过引进、消化、吸收，步入了再创新阶段。随着环境监管要求的提升，中国的环境监测技术在远程化、智能化、支撑科学决策和精准监管等方面取得很大提升，可以较好地支撑以空气、水质和污染源监测为主体的国家环境监测网络。”
他坦言，当前，我国环境监测产品同质化明显，关键材料、核心部件、嵌入式计算机、操作系统等虽取得重要进展，但仍有部分核心部件以及高端仪器依赖进口。目前，外资企业重点占据分析仪器即关键部件领域，附加值高；国内企业的重点在仪器系统即运维和检测服务领域，附加值低。
“未来10年，我们仍然需要更多的高端装备和高端服务。”刘文清表示，环境技术企业要打通产业与创新的融通路径，企业成为产业技术创新主体是必由之路，同时，产业需求与技术创新的融通仍任重道远。
“更多发挥企业、科研机构及高校在前沿突破和新兴产业培育方面的作用，抓住产业发展先机。技术、市场、政策需要不断融合、协同发力。三者的‘交集’越大，科学技术的作用越显著。”刘文清建议。
图为刘文清院士在主旨报告环节发言
