“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術裝備，是信息時代環(huán)境科技發(fā)展的源頭，是生態(tài)環(huán)境科學的‘先行官’，也是我國綠色低碳發(fā)展的‘倍增器’。建設綠色智慧的數字生態(tài)文明，離不開先進的環(huán)境探測技術和儀器?！敝袊こ淘涸菏俊⒅袊茖W院安徽光學精密機械研究所學術所長劉文清表示。
劉文清院士
在不久前召開的“2023全國揮發(fā)性有機物（VOCs）污染防治科技大會暨全國揮發(fā)性有機物污染防治技術裝備博覽會，2023全國惡臭污染物測試、環(huán)境監(jiān)測與控制技術裝備展覽會”上，劉文清作為我國環(huán)境光學監(jiān)測領域的領軍人物，現場分享了環(huán)境光學監(jiān)測技術的進展及應用。
大氣污染氣體與溫室氣體同根同源，但監(jiān)測儀器要求差異明顯
空氣中的各種成分，包括污染物在內，都有其特征吸收光譜。通過設備對污染物進行立體垂直探測，可以精準探測光路上不同高度的污染物成分和含量，這也是光學能為環(huán)境監(jiān)測提供支撐的原因所在。
劉文清表示，大氣污染氣體與溫室氣體是同根同源的，溫室氣體減排和大氣污染治理措施具有顯著的協(xié)同性。但是二者的監(jiān)測要求存在較大差異，對所涉及的監(jiān)測儀器與技術研發(fā)提出了更高要求。
世界氣象組織（WMO）發(fā)布的《2022年全球溫室氣體公報》顯示，2022年全球大氣主要溫室氣體濃度繼續(xù)突破有儀器觀測以來的歷史紀錄，二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的濃度分別達到417.9±0.2 ppm、1923±2 ppb、335.8±0.1 ppb，相比2021年，2022年大氣二氧化碳濃度增幅約2.2 ppm。
劉文清以CO2舉例，由于目前大氣CO2濃度大約為400ppm左右，其年均變化為2ppm左右，最小月變化為0.08ppm，相當于測量高背景值下的微小變化，如果想要準確測出CO2的月均變化，意味著儀器的探測分辨率即靈敏度需要小于0.08ppm，否則測量結果就會失效。
“污染氣體和溫室氣體的光譜探測分辨率的要求也不一樣，溫室氣體要求相對更高。例如針對污染氣體NO2，儀器分辨率需要小于0.5nm。而針對溫室氣體CO2的探測分辨率需要小于 0.25nm?！彼硎?。
“自上而下”核算碳排放、碳匯，校準“自下而上”的排放清單
劉文清介紹了環(huán)境光學立體監(jiān)測技術在大氣污染、溫室氣體、土壤環(huán)境、水體環(huán)境、衛(wèi)星遙感等多領域的監(jiān)測應用。
在溫室氣體監(jiān)測方面，他指出，為實現“雙碳”目標，面向統(tǒng)籌支撐國際履約、應對氣候變化、引領全球氣候治理、落實減污降碳工作需要，急需補齊溫室氣體監(jiān)測能力短板。其中，包括溫室氣體地面大氣及生態(tài)碳匯監(jiān)測、地基及天基遙感監(jiān)測能力，并加快建立園區(qū)、城市、區(qū)域、全球不同層面、不同尺度的碳監(jiān)測技術體系。
他表示，基于天、空、地一體化溫室氣體監(jiān)測能力，結合碳排放清單及碳同化反演系統(tǒng)，可以實現以“自上而下”的方式核算城市及區(qū)域碳排放和自然碳匯，校準“自下而上”的碳排放清單，評估碳達峰、碳中和進程。
目前，仍沒有一種單一技術能滿足溫室氣體監(jiān)測的多種要求，不同的監(jiān)測平臺有著各自的優(yōu)缺點。
劉文清介紹，綜合外場觀測可以認識復雜的大氣污染過程和進行綜合區(qū)域研究；污染源排放監(jiān)測可以獲取區(qū)域和行業(yè)排放成分特征；長期監(jiān)測站可識別污染的來源歸因和污染趨勢變化；衛(wèi)星遙感可以獲取污染長距離傳輸、源排放和區(qū)域輸送狀態(tài)；模型模擬對比可以認識復雜的物理與化學過程與氣象場的作用，以及其對空氣質量、全球氣候變化的影響。
他建議構建多平臺智慧大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，支撐大氣污染氣體和溫室氣體的來源識別與定量分析，為我國綠色低碳發(fā)展提供關鍵支撐。
強化市場、技術、政策融合協(xié)同，推進環(huán)境產業(yè)核心技術發(fā)展
劉文清認為，“十四五”期間，環(huán)境監(jiān)測呈現出更多、更全、更精準、規(guī)范化、智慧化、一體化的新需求?！拔覈沫h(huán)境監(jiān)測已經走過引進、消化、吸收，步入了再創(chuàng)新階段。隨著環(huán)境監(jiān)管要求的提升，中國的環(huán)境監(jiān)測技術在遠程化、智能化、支撐科學決策和精準監(jiān)管等方面取得很大提升，可以較好地支撐以空氣、水質和污染源監(jiān)測為主體的國家環(huán)境監(jiān)測網絡?！?/span>
他坦言，當前，我國環(huán)境監(jiān)測產品同質化明顯，關鍵材料、核心部件、嵌入式計算機、操作系統(tǒng)等雖取得重要進展，但仍有部分核心部件以及高端儀器依賴進口。目前，外資企業(yè)重點占據分析儀器即關鍵部件領域，附加值高；國內企業(yè)的重點在儀器系統(tǒng)即運維和檢測服務領域，附加值低。
“未來10年，我們仍然需要更多的高端裝備和高端服務?！眲⑽那灞硎荆h(huán)境技術企業(yè)要打通產業(yè)與創(chuàng)新的融通路徑，企業(yè)成為產業(yè)技術創(chuàng)新主體是必由之路，同時，產業(yè)需求與技術創(chuàng)新的融通仍任重道遠。
“更多發(fā)揮企業(yè)、科研機構及高校在前沿突破和新興產業(yè)培育方面的作用，抓住產業(yè)發(fā)展先機。技術、市場、政策需要不斷融合、協(xié)同發(fā)力。三者的‘交集’越大，科學技術的作用越顯著?！眲⑽那褰ㄗh。
