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重点实验室的主要研究方向是，在应用基础研究方面，探索环境光学前沿性应用基础；进行环境污染中间体的检测及光谱学和光化学污染机理研究。在定量监测新方法研究方面，发展痕量有害污染物的高灵敏、实时、在线光学、光谱学监测方法和应用于地基、球载、机载和星载平台的遥感新技术。在环境监测高技术研究方面，紧密结合国家对环境保护的需求，创新发展具有独立知识产权的环境光学监测技术与系统，为促进我国环境监测技术产业化发展提供源头技术和关键技术。