大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研发与应用示范——刘文清院士团队成果

2017-09-20

长期以来，我国缺乏大气细粒子和臭氧时空分布监测数据，相关研究工作依赖国外仪器设备。为扭转这一局面，在2011年国家重大科学仪器设备开发专项的支持下，中国工程院院士、中国科学院安徽光学精密机械研究所所长刘文清研究员主持开展了“大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研发与应用示范”研究，参与单位包括中国科学院合肥物质科学研究院、北京国科世纪激光技术有限公司、安徽超远信息技术有限公司、中国环境监测总站、中国气象局气象探测中心、中国科学院大气物理研究所等。

在刘院士的带领下，项目组致力于自主研发激光器、瞬态记录仪等关键设备，突破激光雷达关键技术瓶颈，研发精确反演和应用软件，建设激光雷达生产线和产业化示范基地，形成一套完整的激光雷达工程化生产技术文档，并利用在业务应用部门开展激光雷达系统的长期示范运行，进行技术验证与优化，积累观测数据和应用经验，形成激光雷达行业应用技术规范，在行业部门进行初步推广。

开展了大气气溶胶细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术研究和系统开发，并通过自主创新，支撑激光雷达探测技术产业化。重点突破激光雷达光源（目前激光雷达的激光器全部依赖进口）、微弱光信号检测、高速大动态范围数据采集等大气细粒子和臭氧探测核心关键技术，掌握了关键部件的制造加工技术，替代进口部件，研制出了激光器、探测系统、瞬态记录仪等关键设备，研发了智能化控制分析软件。将研发的多种关键技术进行系统集成，研制了大气细粒子激光雷达和臭氧探测激光雷达样机，并进行长期示范运行，使技术成熟稳定，达到工业化生产的要求，完成激光雷达的产业化示范。通过业务应用部门示范运行，进行行业内部推广，有效扩大了业务应用部门对激光雷达技术的认知和接受程度。归纳总结了符合国际惯例和中国国情的灰霾和光化学烟雾监测的技术规范草案和指南，通过建立标准化、系统化的操作技术规程，使激光雷达的常规业务运行有章可循。同时，以该课题研发技术为依托，在北京国科世纪激光技术有限公司建立了激光雷达产业化基地，推动了激光雷达核心关键技术的国产化和工业化，培育了有竞争力的环境监测分析仪器新兴产业，推动了国内环保气象等相关领域的技术进步。

 项目成果已经形成大气细粒子激光雷达室内型号和户外应用型号、大气臭氧激光雷达户外应用型号等系列化产品。目前，已被15家省市级环保、气象部门采购或中标，共计24台套。且自2013年起，项目研制生产的大气细粒子和臭氧激光雷达应用于京津冀地区激光雷达监测网，数年来一直保持良好的工作状态。项目执行期间及执行期后，分别参加了2014年APEC峰会、2015年九三胜利日阅兵、2016杭州G20等国家大型活动的空气质量保障和减排效果评估工作，涉及多次大型外场实验，实验运输路途遥远，方案复杂，实验周期长。多年来稳定高质量的数据输出获得了应用单位的认可，也证明了仪器的可靠性。

此类大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统的成功研制、国产化推进及产业化推广，有助于提高我国激光雷达产业自主创新能力和核心竞争力，提升我国激光雷达仪器生产技术水平，提高激光雷达的国产化率，为我国大气环境实时监测能力建设和数据分析提供安全可靠的技术手段，对于我国环境监测技术的发展将有积极的推动作用。

项目负责人简介

刘文清，博士，研究员，博士研究生导师，中国工程院院士，中国科学院安徽光学精密机械研究所所长。1978年11月毕业于中国科学技术大学物理系；1987年3月至1989年3月在意大利米兰工业大学作访问学者；1993年3月至1995年10月在希腊克里特研究中心欧共体激光所作访问学者；1996年12月至1997年4月在日本千叶大学环境遥感监测中心作外国人研究员；1998年4月至2000年4月在日本千叶大学环境遥感中心做博士后工作。目前是863计划资源环境领域专家、中国兵工学会光电子专业委员会委员、中国海洋物理学会理事、安徽光学学会理事长。

刘文清院士在国内率先系统地开展了光学与环境科学的交叉集成创新研究，为开拓我国环境光学新领域作出了贡献。多次主持承担了重点预研项目、国家863计划项目、国家科技攻关计划项目、科学院创新方向性项目和省科技攻关项目。致力于把应用基础研究与高技术创新发展紧密地结合在一起，把握环境光学与技术研究方向。发表论文200余篇，编著著作2部，培养硕士、博士研究生50多名，主持完成科技成果鉴定20余项，其中6项通过高新技术成果认证。先后获国家科技进步二等奖3项，国家环境保护科学技术二等奖、三等奖各1项，安徽省科学技术一等奖3项、二等奖2项，2016年获何梁何利基金科学与技术进步奖（个人奖）。