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大国重器在淮出嫁
【字体: 】 发布时间:2017-9-28 6:36:56   【打印】【关闭】
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中科院成功研制全球首套大气综合探测系统APSOS,在淮历时2年完成组装调试,现正启运前往西藏羊八井—— 在青藏高原破译大气密码

 

人们常用“十年磨一剑”来形容磨砺的艰辛和成功过程的漫长。中国科学院大气物理研究所历时多年成功研制出全球首套大气综合探测系统APSOS,这套堪称为“大国重器”的系统在安徽淮南进行联调联试工作就花了2年时间,目前,其各项技术指标已达到设定目标。这套系统最终将安放于西藏羊八井国际宇宙线观测站,9月23日,完成拆卸装车的APSOS系统从淮南启运前往西藏羊八井,计划月底便可到达。  人们常用“十年磨一剑”来形容磨砺的艰辛和成功过程的漫长。中国科学院大气物理研究所历时多年成功研制出全球首套大气综合探测系统APSOS,这套堪称为“大国重器”的系统在安徽淮南进行联调联试工作就花了2年时间,目前,其各项技术指标已达到设定目标。这套系统最终将安放于西藏羊八井国际宇宙线观测站,9月23日,完成拆卸装车的APSOS系统从淮南启运前往西藏羊八井,计划月底便可到达。  人们常用“十年磨一剑”来形容磨砺的艰辛和成功过程的漫长。中国科学院大气物理研究所历时多年成功研制出全球首套大气综合探测系统APSOS,这套堪称为“大国重器”的系统在安徽淮南进行联调联试工作就花了2年时间,目前,其各项技术指标已达到设定目标。这套系统最终将安放于西藏羊八井国际宇宙线观测站,9月23日,完成拆卸装车的APSOS系统从淮南启运前往西藏羊八井,计划月底便可到达。

APSOS系统全球唯一

9月9日,“多波段多大气成分主被动综合探测系统”现场演示与专家咨询会议在安徽淮南举行,会议由项目首席科学家——中国科学院大气物理研究所吕达仁院士主持。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,当时立项资金9700万元。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(中国科学院武汉物理与数学研究所、中国科学技术大学、中国科学院安徽光学精密机械研究所、中国科学院紫金山天文台、武汉大学和安徽四创电子股份有限公司),自主研制成功全球首套全(中性)大气层(从近地面至110公里高度)多成分、多要素的大型地基综合探测系统。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,以实现对大气垂直结构、运动变化与成分输送的研究。

缘何会与淮南结缘

说起APSOS系统与淮南的缘分,还得从2011年说起,说到底还是淮南与中国科学院大气物理研究所的结缘。其时,淮南长期赖以生存的煤炭遭遇“滑铁卢”,面临巨大经济下行压力,寻求经济转型发展中的淮南与欲在淮南设点的中科院大气物理研究所一拍即合:淮南需要高科技的支撑和引领,而中科院大气物理研究所正是相中了淮南地处南北分界的特殊位置。淮南地处淮河中游,是我国南北气候区划的交汇带,天气过程具有典型性,开展科学研究、观测实验有利于认识我国江淮流域短期天气过程、气候过程和大气环境过程。此外,双方的合作可以将研究所的技术实现产业化,促进淮南经济发展和产业结构升级。于是,中国科学院大气物理研究所淮南研究院应运而生,2011年入驻淮南高新区。

淮南研究院工程师张井贝介绍,2015年,淮南研究院开始承接APSOS系统项目的联调联试工作,这个项目填补了国内空白,是国际上最先进的一套综合观测系统。这套系统的核心是一套等效直径为2米的大型光学望远镜,由4块直径1.2米的镜面拼接,制作难度很大,生产单位南京天仪厂花费了一年半时间才终于制作成功。

张井贝补充说,APSOS系统最终将要安置于西藏羊八井的国际宇宙线观测站,因为那里地处高海拔,污染少,干扰小,更有利于探测工作的开展,但那里的气候恶劣、条件艰苦,因此,系统的调试工作要放在内地。中科院大气物理研究所淮南研究院在市政府、高新区管委会的大力支持下,建设进展顺利,具备为这种大型科学试验提供支撑的各种条件,从而成为了理想的地点。2017年6月间,APSOS系统在淮南完成了技术环节测试。经历9月9日的APSOS系统现场演示与专家咨询会议后,集成的APSOS系统就要被分拆打包,为启运羊八井做准备。

打通地球全大气层

如何能够精确地同时探测如此多的大气成分和大气要素呢?这已经成为国际大气科学领域的研究重点之一,也正是APSOS这个重大科学仪器研制项目锁定的目标。

APSOS系统由5台激光雷达、1台毫米波测云雷达、1台太赫兹超导辐射波谱仪和一台组合望远镜构成。激光雷达作为主动式光学遥感探测设备,具有高时空分辨率和高探测精度等优点;此外,多台激光雷达共用一台光学望远镜,采用4块1.2米直径的镜面拼接,使其等效口径达到2米,大幅提高了激光雷达的接收能力,使其成为国际领先水平的大气探测激光雷达接收望远镜。系统还包括我国首台地基W波段测云雷达,该雷达工作于毫米波波段,而大气中的云雾粒子在这个波段的散射特性很强可探测到20公里以下的非降水云分布。系统中唯一的被动遥感设备是一台超导辐射波谱仪,工作于太赫兹波段,用于探测中间层大气中的水汽、臭氧等温室气体的含量。太赫兹波段具有很强的大气穿透能力,能够探测到更遥远的目标。

综上,APSOS系统采用主、被动遥感相结合的方式,涵盖从紫外到红外、从太赫兹到毫米波的多波段探测技术,其总体构想在国际上尚属首次,整套系统的核心技术单元均采用国际前沿技术,实现对多大气成分和多大气要素的高精度测量。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。

APSOS系统建成后,不但能够大幅提升我国在大气环境探测方面的综合技术水平,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。

图一:APSOS系统中的探测装置;

图二、三:系统的核心部件;

图三:该系统在位于淮南高新区的大气物理研究所淮南研究院进行测试。

(记者 张雪峰 李严 编辑 汤宁)


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