未来10年需要更多的环境监测高端装备和服务

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