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2020年10月16日
【中国青年科技奖系列报道】刘诚: 为大气环境“体检”

10月18日,第十六届中国青年科技奖在浙江温州颁奖,中国科学技术大学精密机械与精密仪器系教授刘诚成功入选。“获奖对于我来说,既是一种激励更是一种责任和动力。我将瞄准世界科技前沿,在大气环境监测领域深耕细作,努力突破‘卡脖子’技术和推进监测仪器国产化,用新技术、新仪器守护中国的蓝天白云。”刘诚表示。

创新须放飞想象翅膀

在创新的道路上,大胆假设、小心求证,一直是刘诚坚守的原则。在他看来,创新首先要放飞想象的翅膀,要不惧权威、大胆假设,要有质疑的能力,同时要严谨求实,求证的过程不能有半点马虎。

翱翔于科学的浩瀚星空,想象力与创造力缺一不可。实际上,奇奇怪怪看似“天马行空”的想象,往往是创造力的源泉。刘诚认为,科学研究要“敢想”,想象力是人类能力的“试金石”,想象力比知识更重要,人类文明的每次跃升几乎都是与想象力密切相关。

刘诚在新西兰参加国际会议时留影。(资料图片)

很小的时候刘诚就“敢想”,做科学家是他儿时的梦想。“人还是要有梦想的,假如实现了呢?”刘诚笑言,作为一名“80”后,当科学家是那时很多小伙伴的梦想,他也一直朝这个方向努力。三棱镜、干涉仪、激光器……上小学时,刘诚就喜欢“捯饬”这些科学仪器,跟着老师学着使用和调试,用光作为工具来了解眼前奇妙的世界。上大学时,他选择了自己喜欢的光学专业。随后,又赴德国海德堡大学物理系攻读博士学位,并在美国哈佛大学从事博士后研究。

2015年,刘诚回国选择到中国科大工作,从事基于星载和地基等平台的大气污染成分和温室气体遥感观测及研究。在工作中,他经常将一些奇思妙想应用到科研和仪器研发上,在大气遥感方面取得多项原创性科研成果,并成为国家优秀青年科学基金获得者。

刘诚在云南玉龙雪山考察遥测点。(资料图片)

除了科研工作,刘诚最喜欢做的事,就是看科幻小说和出门旅行。“刘慈欣的长篇科幻小说《三体》,刚出来的时候,我就读了,很受启发。”刘诚说,小说中充满想象力的场景和技术会让人“脑洞大开”,激发自己在未知世界探索的兴趣;身临其境的旅行,则可以了解大自然的神奇和历史文化古迹背后的故事。上大学时,为了到青藏高原做激光雷达实验,他曾翻越艰险的唐古拉山脉。“雪山、冰川、草原,杳无人烟的唐古拉山脉,风景美得超越想象。”刘诚至今记忆犹新。

为大气环境质量“把脉”

“当前,全球大气环境面临严峻挑战。打赢蓝天保卫战,需要对大气污染来源、传输和影响等因素进行深入研究,全面掌握大气污染的区域分布情况及其变化规律。”刘诚表示,近年来,随着工业化和城市化进程加快,各种大气污染物高强度、集中性排放,超过了环境承载能力,实施大气污染防治行动,让人民乐享蓝天,已经刻不容缓。

刘诚在实验室工作。(资料图片)

我国幅员辽阔,地基常规环境监测网及地基遥感手段难以对环境污染及重大环境灾害实现大范围、动态监测。卫星遥感平台是短时间对全球和区域大气污染进行动态监测和预报的重要手段。然而,我国大气环境遥感观测高度依赖国外卫星载荷,存在被“卡脖子”的风险。

回国后,刘诚针对自主可控的国家需求,从原始光谱出发,开发出基于我国自主研发的甚高光谱卫星载荷的在轨自适应标定技术与遥感反演算法,解决了由于载荷探测器关键部件遭到国际禁运造成的光谱质量缺陷这一关键问题,成功反演出全球大气污染气体时空分布结果。通过该自主研发的反演结果发现了欧美哨兵5号甚高光谱卫星的二氧化硫业务化产品严重高估我国排放,此外,在我国日趋严重的臭氧污染方面,该研究成果也填补了哨兵5号欧美官方网站缺失臭氧垂直结构信息的空白。同时,刘诚将学术创新成果应用于我国大气环境研究和污染防治工作,实现了对全国范围的覆盖和重点排放源的精准定位与实时监测,为大气污染精细化防治措施的制定提供了有力的科学支撑。

工业园区的污染控制和减排,是打赢蓝天保卫战的重要保证。今年年初,刘诚作为第二完成人参与的“工业园区有毒有害气体光学监测技术及应用”项目,荣获2019年度国家科学技术进步奖二等奖。为了让工业园区有毒有害气体无处遁形,刘诚团队研发了区域尺度有毒有害气体时空分布的卫星遥感监测技术,实现了对我国工业园区甲醛、乙二醛等挥发性有机物对流层柱浓度的卫星遥感监测。相关成果已在四川、云南、安徽、甘肃、江西、内蒙古等地的石化、冶金、水泥、电力等行业开展示范应用。

目前,刘诚主持和参与的国家重点研发计划、国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学支持项目等已有10余项。

成功在于再坚持一下

“科学研究不可能一帆风顺,成功往往在于再坚持一下。如果在困难的时候选择放弃,今后就可能会形成习惯性放弃。”刘诚坦言,对于科技创新而言,能力当然很重要,但态度往往更重要,要选择自己喜欢做的事、感兴趣的方向,选定了目标就要认真对待、坚持不懈。

在德国海德堡大学攻读博士学位时,刘诚选择了一位非常严厉的导师。一位日本同学知道后,拍了拍他的肩膀,开玩笑地说:“我很同情你!”原来,刘诚的一位同门师兄博士读了6年才毕业。面对学业中所遇到的困难,刘诚周末几乎从不休息。他不是在课堂上就是在实验室里,慢慢补齐了自己在知识结构等方面的“短板”,在研究中提出很多富有创见的想法,仅仅用了3年半就拿到了博士学位。

德国导师来中国科大访问刘诚课题组。(资料图片)

遥感卫星在太空中工作时,其传感器可能会因渗入水气而结冰,冰会使太阳光发射反射或折射,这样就会影响遥感的成败。在做博士论文时,刘诚的导师给他的任务就是:去除冰对传感器的影响。这一难题是遥感卫星上天后可能会遇到的实际问题,也是前人没解决过的关键核心技术。刘诚在接到任务后苦思冥想,花了很长时间来研究解决办法,但一直效果不理想。到底是继续做还是放弃?刘诚毫不犹豫地选择了前者,他坚定地认为:再坚持一下,或许就有转机。无论走路还是休息,他始终在考虑解决办法。“夜深人静的时候,我一有‘灵光一现’的想法,就会立马跳下床来写代码,然后输入到计算机中去执行、模拟。”刘诚坦言,他最终圆满地解决了这一难题,并以论文满分的成绩顺利通过博士答辩,获得了答辩专家的一致好评。

不轻言放弃,是对梦想的执着。对于刘诚而言,他的梦想就是用遥感技术追踪大气污染物,改善人类生存环境。在刘诚的微信朋友圈中,他每天都会转发我国大气污染物时空分布立体遥感监测和垂直分布地基遥感监测情况。为探索建立卫星和地基遥感结合的立体遥感监测技术,刘诚不惧困难,带领学生从零起步,经过多年努力,在我国建立了可同时观测霾和大气污染气体垂直结构的地基遥感网络。

在学生培养中,刘诚时常鼓励学生独立探索、勇于尝试。“不同的学生要因材施教,把他们的潜力挖出来,让他们做自己最擅长的事。”刘诚说。在学生一筹莫展的时候,他总是帮忙想办法,或让学生换个思路,或让他们休息调整一下。“换个思路或者休息调整,是为了更好地前行。再坚持一下,或许下一秒就有奇迹。”刘诚笑言。

(新闻中心)

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