劉誠：為大氣環境“體檢”

  10月18日，第十六屆中國青年科技獎在浙江溫州頒獎，中國科學技術大學精密機械與精密儀器系教授劉誠成功入選。“獲獎對于我來說，既是一種激勵更是一種責任和動力。我將瞄準世界科技前沿，在大氣環境監測領域深耕細作，努力突破‘卡脖子’技術和推進監測儀器國產化，用新技術、新儀器守護中國的藍天白云。”劉誠表示。

創新須放飛想象翅膀

在創新的道路上，大膽假設、小心求證，一直是劉誠堅守的原則。在他看來，創新首先要放飛想象的翅膀，要不懼權威、大膽假設，要有質疑的能力，同時要嚴謹求實，求證的過程不能有半點馬虎。

翱翔于科學的浩瀚星空，想象力與創造力缺一不可。實際上，奇奇怪怪看似“天馬行空”的想象，往往是創造力的源泉。劉誠認為，科學研究要“敢想”，想象力是人類能力的“試金石”，想象力比知識更重要，人類文明的每次躍升幾乎都是與想象力密切相關。

很小的時候劉誠就“敢想”，做科學家是他兒時的夢想。“人還是要有夢想的，假如實現了呢？”劉誠笑言，作為一名“80”后，當科學家是那時很多小伙伴的夢想，他也一直朝這個方向努力。三棱鏡、干涉儀、激光器……上小學時，劉誠就喜歡“捯飭”這些科學儀器，跟著老師學著使用和調試，用光作為工具來了解眼前奇妙的世界。上大學時，他選擇了自己喜歡的光學專業。隨后，又赴德國海德堡大學物理系攻讀博士學位，并在美國哈佛大學從事博士后研究。

2015年，劉誠回國選擇到中國科大工作，從事基于星載和地基等平臺的大氣污染成分和溫室氣體遙感觀測及研究。在工作中，他經常將一些奇思妙想應用到科研和儀器研發上，在大氣遙感方面取得多項原創性科研成果，并成為國家優秀青年科學基金獲得者。

除了科研工作，劉誠最喜歡做的事，就是看科幻小說和出門旅行。“劉慈欣的長篇科幻小說《三體》，剛出來的時候，我就讀了，很受啟發。”劉誠說，小說中充滿想象力的場景和技術會讓人“腦洞大開”，激發自己在未知世界探索的興趣；身臨其境的旅行，則可以了解大自然的神奇和歷史文化古跡背后的故事。上大學時，為了到青藏高原做激光雷達實驗，他曾翻越艱險的唐古拉山脈。“雪山、冰川、草原，杳無人煙的唐古拉山脈，風景美得超越想象。”劉誠至今記憶猶新。

為大氣環境質量“把脈”

“當前，全球大氣環境面臨嚴峻挑戰。打贏藍天保衛戰，需要對大氣污染來源、傳輸和影響等因素進行深入研究，全面掌握大氣污染的區域分布情況及其變化規律。”劉誠表示，近年來，隨著工業化和城市化進程加快，各種大氣污染物高強度、集中性排放，超過了環境承載能力，實施大氣污染防治行動，讓人民樂享藍天，已經刻不容緩。

我國幅員遼闊，地基常規環境監測網及地基遙感手段難以對環境污染及重大環境災害實現大范圍、動態監測。衛星遙感平臺是短時間對全球和區域大氣污染進行動態監測和預報的重要手段。然而，我國大氣環境遙感觀測高度依賴國外衛星載荷，存在被“卡脖子”的風險。

回國后，劉誠針對自主可控的國家需求，從原始光譜出發，開發出基于我國自主研發的甚高光譜衛星載荷的在軌自適應標定技術與遙感反演算法，解決了由于載荷探測器關鍵部件遭到國際禁運造成的光譜質量缺陷這一關鍵問題，成功反演出全球大氣污染氣體時空分布結果。通過該自主研發的反演結果發現了歐美哨兵5號甚高光譜衛星的二氧化硫業務化產品嚴重高估我國排放，此外，在我國日趨嚴重的臭氧污染方面，該研究成果也填補了哨兵5號歐美官方網站缺失臭氧垂直結構信息的空白。同時，劉誠將學術創新成果應用于我國大氣環境研究和污染防治工作，實現了對全國范圍的覆蓋和重點排放源的精準定位與實時監測，為大氣污染精細化防治措施的制定提供了有力的科學支撐。

工業園區的污染控制和減排，是打贏藍天保衛戰的重要保證。今年年初，劉誠作為第二完成人參與的“工業園區有毒有害氣體光學監測技術及應用”項目，榮獲2019年度國家科學技術進步獎二等獎。為了讓工業園區有毒有害氣體無處遁形，劉誠團隊研發了區域尺度有毒有害氣體時空分布的衛星遙感監測技術，實現了對我國工業園區甲醛、乙二醛等揮發性有機物對流層柱濃度的衛星遙感監測。相關成果已在四川、云南、安徽、甘肅、江西、內蒙古等地的石化、冶金、水泥、電力等行業開展示范應用。

目前，劉誠主持和參與的國家重點研發計劃、國家重大科學儀器設備開發專項、國家自然科學支持項目等已有10余項。

成功在于再堅持一下

“科學研究不可能一帆風順，成功往往在于再堅持一下。如果在困難的時候選擇放棄，今后就可能會形成習慣性放棄。”劉誠坦言，對于科技創新而言，能力當然很重要，但態度往往更重要，要選擇自己喜歡做的事、感興趣的方向，選定了目標就要認真對待、堅持不懈。

在德國海德堡大學攻讀博士學位時，劉誠選擇了一位非常嚴厲的導師。一位日本同學知道后，拍了拍他的肩膀，開玩笑地說：“我很同情你！”原來，劉誠的一位同門師兄博士讀了6年才畢業。面對學業中所遇到的困難，劉誠周末幾乎從不休息。他不是在課堂上就是在實驗室里，慢慢補齊了自己在知識結構等方面的“短板”，在研究中提出很多富有創見的想法，僅僅用了3年半就拿到了博士學位。

遙感衛星在太空中工作時，其傳感器可能會因滲入水氣而結冰，冰會使太陽光發射反射或折射，這樣就會影響遙感的成敗。在做博士論文時，劉誠的導師給他的任務就是：去除冰對傳感器的影響。這一難題是遙感衛星上天后可能會遇到的實際問題，也是前人沒解決過的關鍵核心技術。劉誠在接到任務后苦思冥想，花了很長時間來研究解決辦法，但一直效果不理想。到底是繼續做還是放棄？劉誠毫不猶豫地選擇了前者，他堅定地認為：再堅持一下，或許就有轉機。無論走路還是休息，他始終在考慮解決辦法。“夜深人靜的時候，我一有‘靈光一現’的想法，就會立馬跳下床來寫代碼，然后輸入到計算機中去執行、模擬。”劉誠坦言，他最終圓滿地解決了這一難題，并以論文滿分的成績順利通過博士答辯，獲得了答辯專家的一致好評。

不輕言放棄，是對夢想的執著。對于劉誠而言，他的夢想就是用遙感技術追蹤大氣污染物，改善人類生存環境。在劉誠的微信朋友圈中，他每天都會轉發我國大氣污染物時空分布立體遙感監測和垂直分布地基遙感監測情況。為探索建立衛星和地基遙感結合的立體遙感監測技術，劉誠不懼困難，帶領學生從零起步，經過多年努力，在我國建立了可同時觀測霾和大氣污染氣體垂直結構的地基遙感網絡。