空間、大氣、海洋與環境光學：科研新前沿與國家戰略的交匯點
在科研的浩瀚星空中，空間、大氣、海洋與環境光學技術如同一顆顆璀璨的星辰，照亮了基礎科學與應用研究的道路。近年來，這一交叉學科領域憑借與多學科技術的深度融合，獲得了國家自然科學基金（自然基金）等機構的持續青睞與大力支持。然而，面對技術范圍廣泛、選題復雜等挑戰，如何在申請書中精準把握研究方向，成為青年科研工作者面臨的重大課題。
近日，自然基金委信息科學部唐華副處長發表文章，深入剖析了我國空間、大氣、海洋與環境光學技術的發展現狀，并對未來研究方向進行了展望。文章指出，這一學科不僅與人類生產生活息息相關，更在推動科技創新、建設科技強國中發揮著不可替代的作用。其二級學科申請代碼F0510，涵蓋了空間光學、大氣光學、海洋光學及環境光學等多個研究領域。
空間光學，作為觀測地球及外太空的“眼睛”，近年來在衛星及航天器上安裝了各種光學儀器，實現了對天體的長時間、高精度觀測。特別是在大口徑、寬波段、長焦距、輕量化及高精度光學系統設計方面取得了顯著突破，為空間信息網絡構建、5G/6G通信、大數據處理等領域提供了有力支撐。
大氣光學則專注于大氣中光學現象的觀測與研究，其成果已廣泛應用于自適應光學、天文學、遙感技術、環境監測等領域。近年來，隨著對光在渾濁、湍流介質中傳輸機制研究的深入，激光制導武器、無線光通信等技術取得了顯著進展，為災害防治、生產生活提供了重要技術支持。
海洋光學則是光學與海洋研究的完美結合，通過攝影測量、激光、水色遙感等光學手段，推動了海洋生態環境、碳氮循環及全球氣候變化等領域研究的飛速發展。近年來，在水下信息探測、水下光學通信及海洋光學遙感等領域取得了重要研究成果。
環境光學則將光學技術應用于環境科學研究，利用光譜學、光學現象及輻射傳播原理，為環境污染的監測、治理提供了快速、精準、廣泛且低成本的技術支持。近年來，依托光譜分析、激光雷達及光學成像等先進光電技術，環境光學在多平臺檢測技術、污染源分析及監測系統構建等方面取得了重要突破。
自然基金對空間、大氣、海洋與環境光學技術的資助情況，也在一定程度上反映了當前學界的研究熱點與發展趨勢。2019至2023年間，自然基金共資助了多項重點項目、國家重大科研儀器研制項目、面上項目及青年科學基金項目，涵蓋了從空間觀測的大口徑光學望遠鏡技術到氣體光學傳感技術的多個領域。
圖：2019-2023年F0510相關代碼資助面上項目和青年科學基金項目的熱詞云圖
文章還通過分析資助項目的熱詞云圖和關聯性，揭示了面上項目和青年項目的研究主題與重點。探測、檢測是資助項目的核心目標，激光、光纖、光譜等光學手段和技術是主要工具，空間、大氣、海洋等是主要應用場景。同時，面上項目更偏向空間中的激光和光場傳輸理論等課題，而青年項目則更偏向利用氣體光譜和光聲特性改善氣體傳感性能等研究。
圖：2019-2023年F0510相關代碼資助面上項目和青年科學基金項目的熱詞關系圖
展望未來，空間、大氣、海洋與環境光學技術的發展將繼續服務于國家重大科技發展戰略，注重創新技術應用，實現智能化、輕量化、一體化高精度探測系統的研制。隨著人工智能、大數據、大模型等技術的快速發展，光學儀器設計、數據采集與分析等方面將迎來新的突破。同時，空-天-地-海高性能傳感與光學成像系統、一體化高精度監測系統的構建與應用，將為全球氣候變化應對、碳中和目標實現及可持續發展提供重要科技支撐。
唐華，國家自然科學基金委員會信息科學部四處副處長，兼激光技術與技術光學項目主任
