空间、大气、海洋与环境光学：科研新前沿与国家战略的交汇点
在科研的浩瀚星空中，空间、大气、海洋与环境光学技术如同一颗颗璀璨的星辰，照亮了基础科学与应用研究的道路。近年来，这一交叉学科领域凭借与多学科技术的深度融合，获得了国家自然科学基金（自然基金）等机构的持续青睐与大力支持。然而，面对技术范围广泛、选题复杂等挑战，如何在申请书中精准把握研究方向，成为青年科研工作者面临的重大课题。
近日，自然基金委信息科学部唐华副处长发表文章，深入剖析了我国空间、大气、海洋与环境光学技术的发展现状，并对未来研究方向进行了展望。文章指出，这一学科不仅与人类生产生活息息相关，更在推动科技创新、建设科技强国中发挥着不可替代的作用。其二级学科申请代码F0510，涵盖了空间光学、大气光学、海洋光学及环境光学等多个研究领域。
空间光学，作为观测地球及外太空的“眼睛”，近年来在卫星及航天器上安装了各种光学仪器，实现了对天体的长时间、高精度观测。特别是在大口径、宽波段、长焦距、轻量化及高精度光学系统设计方面取得了显著突破，为空间信息网络构建、5G/6G通信、大数据处理等领域提供了有力支撑。
大气光学则专注于大气中光学现象的观测与研究，其成果已广泛应用于自适应光学、天文学、遥感技术、环境监测等领域。近年来，随着对光在浑浊、湍流介质中传输机制研究的深入，激光制导武器、无线光通信等技术取得了显著进展，为灾害防治、生产生活提供了重要技术支持。
海洋光学则是光学与海洋研究的完美结合，通过摄影测量、激光、水色遥感等光学手段，推动了海洋生态环境、碳氮循环及全球气候变化等领域研究的飞速发展。近年来，在水下信息探测、水下光学通信及海洋光学遥感等领域取得了重要研究成果。
环境光学则将光学技术应用于环境科学研究，利用光谱学、光学现象及辐射传播原理，为环境污染的监测、治理提供了快速、精准、广泛且低成本的技术支持。近年来，依托光谱分析、激光雷达及光学成像等先进光电技术，环境光学在多平台检测技术、污染源分析及监测系统构建等方面取得了重要突破。
自然基金对空间、大气、海洋与环境光学技术的资助情况，也在一定程度上反映了当前学界的研究热点与发展趋势。2019至2023年间，自然基金共资助了多项重点项目、国家重大科研仪器研制项目、面上项目及青年科学基金项目，涵盖了从空间观测的大口径光学望远镜技术到气体光学传感技术的多个领域。
图：2019-2023年F0510相关代码资助面上项目和青年科学基金项目的热词云图
文章还通过分析资助项目的热词云图和关联性，揭示了面上项目和青年项目的研究主题与重点。探测、检测是资助项目的核心目标，激光、光纤、光谱等光学手段和技术是主要工具，空间、大气、海洋等是主要应用场景。同时，面上项目更偏向空间中的激光和光场传输理论等课题，而青年项目则更偏向利用气体光谱和光声特性改善气体传感性能等研究。
图：2019-2023年F0510相关代码资助面上项目和青年科学基金项目的热词关系图
展望未来，空间、大气、海洋与环境光学技术的发展将继续服务于国家重大科技发展战略，注重创新技术应用，实现智能化、轻量化、一体化高精度探测系统的研制。随着人工智能、大数据、大模型等技术的快速发展，光学仪器设计、数据采集与分析等方面将迎来新的突破。同时，空-天-地-海高性能传感与光学成像系统、一体化高精度监测系统的构建与应用，将为全球气候变化应对、碳中和目标实现及可持续发展提供重要科技支撑。
唐华，国家自然科学基金委员会信息科学部四处副处长，兼激光技术与技术光学项目主任
