超级激光“眼” 看透全大气层

2017-09-09 18:59:42 来源: 科技日报 作者: 陆成宽

超级激光“眼” 看透全大气层

本报记者  陆成宽

“在此之前,世界上并没有对于大气层长期的、持续的、全大气层的、高分辨率的观测。” 9月9日,“多波段多大气成分主被动综合探测系统”项目首席科学家-中国科学院大气物理研究所吕达仁院士在项目现场演示与专家咨询会议上说。记者从会上获悉,多波段多大气成分主被动综合探测系统是我国自主研制的全球首套全(中性)大气层(覆盖从近地面、对流层、平流层、中间层、一直到低热层)多成分、多要素的大型地基综合探测系统。


据了解,多波段多大气成分主被动综合探测系统(Atmospheric Profiling Synthetic Observation System,简称APSOS)是国家自然科学基金委首批资助的国家重大科研仪器设备研制专项之一。项目于2012年正式启动,由中国科学院大气物理研究所牵头,联合国内其他6家科研单位,成功研制了APSOS系统。利用世界领先水平的激光、微波和太赫兹遥感探测技术,APSOS系统不但能够获得大气温度、湿度、风场和云层分布等多种气象要素,而且能够实时监测温室气体和污染气体的时空变化。

揭秘气候环境变化

众所周知,地球周围有一层很厚的大气层。大气层按高度分为对流层(距地约10~20公里)、平流层(距地约20~50公里)、中间层(距地约50~85公里)、热层(距地约100~800公里)和逃逸层。热层的大气因受太阳辐射,温度较高,气体分子或原子大量电离,能导电,故又称为电离层。我们把热层以下这些不带电的大气层称为中性大气层,APSOS系统就是围绕中性大气层来进行探测的。


过去几十年以来,大气探测技术在多方面已经有了长足的发展,国内外科学技术界通过不同的前沿技术实现了对大气层的探测,并据此产生了不少重要的科学成果。研制APSOS系统的科学目标是为了获得同一垂直气柱内的大气多要素的同时变化特征,以实现对大气垂直结构、运动变化与成分输送的研究。

关于APSOS系统,通俗来讲,就是将多台观测设备放置在同一台站,对天顶方向同一区域的大气进行同步观测,通过对观测数据的分析处理来获取该区域大气的分布特征;以高时空分辨率来“捕捉”一些瞬变过程,来理解和认识大气的运动过程;以长期观测资料来理解全大气层对太阳活动和地表人类活动的响应,例如,全球变暖中的低层大气变暖和高层大气变冷现象。

该系统的特色在于对全(中性)大气层多成分和多要素资料的同步获取,这些包括了温度、风场、臭氧、二氧化碳、水汽、NO2、SO2、CO2、云和气溶胶,这些都在气候和环境变化中都扮演着重要角色。其中,气溶胶指的是大气中的固态和液态悬浮颗粒物,例如,大家所熟知的PM2.5就属于气溶胶的一种。

APSOS整装待发

该系统目前已在安徽淮南大气科学研究院完成内地的联调工作,即将在海拔4300米的西藏羊八井国际宇宙线观测站全面建成并长期开展青藏高原大气观测研究。

对于APSOS系统,专家组在听取了项目组作的研究进展汇报,并进行了质询后,给出了专家组意见。专家组对项目组的仪器研制进展给予了肯定,意见指出项目组完成了各分系统在淮南等地的调试工作,包括:综合集成与反演验证平台及组合望远镜系统、5套激光雷达系统、太赫兹超导辐射波谱仪和W波段测云雷达,各系统均达到了项目计划书规定技术指标。

同时,专家组也对系统在高原特殊运行环境下的适应性问题提出了建议,专家组表示,项目组要充分考虑青藏高原的特殊运行环境,对系统进行优化,满足特殊环境运行条件,考虑系统的高原环境适应性。

据了解,APSOS系统的建成,不但能够大幅提升我国在大气环境探测方面的综合国力和技术水平,还能够为大气环境监测、气象灾害预报和空间安全保障等提供有价值的观测数据,有助于对大气中新过程、新现象的发现和理解。同时,还可为我国自主研发星载大气探测设备提供必要的技术积累。

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责任编辑: 左瑾
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