中科院成功研制全球首套大氣綜合探測(cè)系統(tǒng)APSOS，在淮歷時(shí)2年完成組裝調(diào)試，現(xiàn)正啟運(yùn)前往西藏羊八井——在青藏高原破譯大氣密碼。

人們常用“十年磨一劍”來(lái)形容磨礪的艱辛和成功過(guò)程的漫長(zhǎng)。中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所歷時(shí)多年成功研制出全球首套大氣綜合探測(cè)系統(tǒng)APSOS，這套堪稱為“大國(guó)重器”的系統(tǒng)在安徽淮南進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作就花了2年時(shí)間，目前，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)定目標(biāo)。這套系統(tǒng)最終將安放于西藏羊八井國(guó)際宇宙線觀測(cè)站，9月23日，完成拆卸裝車的APSOS系統(tǒng)從淮南啟運(yùn)前往西藏羊八井，計(jì)劃月底便可到達(dá)。

APSOS系統(tǒng)中的探測(cè)裝置

APSOS系統(tǒng)全球唯一

9月9日,“多波段多大氣成分主被動(dòng)綜合探測(cè)系統(tǒng)”現(xiàn)場(chǎng)演示與專家咨詢會(huì)議在安徽淮南舉行，會(huì)議由項(xiàng)目首席科學(xué)家——中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所呂達(dá)仁院士主持。據(jù)了解，多波段多大氣成分主被動(dòng)綜合探測(cè)系統(tǒng)（Atmospheric Profiling Synthetic Observation System，簡(jiǎn)稱APSOS）是國(guó)家自然科學(xué)基金委首批資助的國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)之一，當(dāng)時(shí)立項(xiàng)資金9700萬(wàn)元。項(xiàng)目于2012年正式啟動(dòng)，由中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)其他6家科研單位（中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)、武漢大學(xué)和安徽四創(chuàng)電子股份有限公司），自主研制成功全球首套全（中性）大氣層（從近地面至110公里高度）多成分、多要素的大型地基綜合探測(cè)系統(tǒng)。利用世界領(lǐng)先水平的激光、微波和太赫茲遙感探測(cè)技術(shù)，APSOS系統(tǒng)不但能夠獲得大氣溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)和云層分布等多種氣象要素，而且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)溫室氣體和污染氣體的時(shí)空變化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣垂直結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變化與成分輸送的研究。

APSOS系統(tǒng)的核心部件

緣何會(huì)與淮南結(jié)緣

說(shuō)起APSOS系統(tǒng)與淮南的緣分，還得從2011年說(shuō)起，說(shuō)到底還是淮南與中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的結(jié)緣。其時(shí)，淮南長(zhǎng)期賴以生存的煤炭遭遇“滑鐵盧”，面臨巨大經(jīng)濟(jì)下行壓力，尋求經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展中的淮南與欲在淮南設(shè)點(diǎn)的中科院大氣物理研究所一拍即合：淮南需要高科技的支撐和引領(lǐng)，而中科院大氣物理研究所正是相中了淮南地處南北分界的特殊位置。淮南地處淮河中游，是我國(guó)南北氣候區(qū)劃的交匯帶，天氣過(guò)程具有典型性，開(kāi)展科學(xué)研究、觀測(cè)實(shí)驗(yàn)有利于認(rèn)識(shí)我國(guó)江淮流域短期天氣過(guò)程、氣候過(guò)程和大氣環(huán)境過(guò)程。此外，雙方的合作可以將研究所的技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)淮南經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。于是，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所淮南研究院應(yīng)運(yùn)而生，2011年入駐淮南高新區(qū)。

淮南研究院工程師張井貝介紹，2015年，淮南研究院開(kāi)始承接APSOS系統(tǒng)項(xiàng)目的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，這個(gè)項(xiàng)目填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，是國(guó)際上最先進(jìn)的一套綜合觀測(cè)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的核心是一套等效直徑為2米的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，由4塊直徑1.2米的鏡面拼接，制作難度很大，生產(chǎn)單位南京天儀廠花費(fèi)了一年半時(shí)間才終于制作成功。

張井貝補(bǔ)充說(shuō)，APSOS系統(tǒng)最終將要安置于西藏羊八井的國(guó)際宇宙線觀測(cè)站，因?yàn)槟抢锏靥幐吆０?，污染少，干擾小，更有利于探測(cè)工作的開(kāi)展，但那里的氣候惡劣、條件艱苦，因此，系統(tǒng)的調(diào)試工作要放在內(nèi)地。中科院大氣物理研究所淮南研究院在市政府、高新區(qū)管委會(huì)的大力支持下，建設(shè)進(jìn)展順利，具備為這種大型科學(xué)試驗(yàn)提供支撐的各種條件，從而成為了理想的地點(diǎn)。2017年6月間，APSOS系統(tǒng)在淮南完成了技術(shù)環(huán)節(jié)測(cè)試。經(jīng)歷9月9日的APSOS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)演示與專家咨詢會(huì)議后，集成的APSOS系統(tǒng)就要被分拆打包，為啟運(yùn)羊八井做準(zhǔn)備。

打通地球全大氣層

如何能夠精確地同時(shí)探測(cè)如此多的大氣成分和大氣要素呢？這已經(jīng)成為國(guó)際大氣科學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，也正是APSOS這個(gè)重大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目鎖定的目標(biāo)。

APSOS系統(tǒng)由5臺(tái)激光雷達(dá)、1臺(tái)毫米波測(cè)云雷達(dá)、1臺(tái)太赫茲超導(dǎo)輻射波譜儀和一臺(tái)組合望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成。激光雷達(dá)作為主動(dòng)式光學(xué)遙感探測(cè)設(shè)備，具有高時(shí)空分辨率和高探測(cè)精度等優(yōu)點(diǎn)；此外，多臺(tái)激光雷達(dá)共用一臺(tái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，采用4塊1.2米直徑的鏡面拼接，使其等效口徑達(dá)到2米，大幅提高了激光雷達(dá)的接收能力，使其成為國(guó)際領(lǐng)先水平的大氣探測(cè)激光雷達(dá)接收望遠(yuǎn)鏡。系統(tǒng)還包括我國(guó)首臺(tái)地基W波段測(cè)云雷達(dá)，該雷達(dá)工作于毫米波波段，而大氣中的云霧粒子在這個(gè)波段的散射特性很強(qiáng)可探測(cè)到20公里以下的非降水云分布。系統(tǒng)中唯一的被動(dòng)遙感設(shè)備是一臺(tái)超導(dǎo)輻射波譜儀，工作于太赫茲波段，用于探測(cè)中間層大氣中的水汽、臭氧等溫室氣體的含量。太赫茲波段具有很強(qiáng)的大氣穿透能力，能夠探測(cè)到更遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。

綜上，APSOS系統(tǒng)采用主、被動(dòng)遙感相結(jié)合的方式，涵蓋從紫外到紅外、從太赫茲到毫米波的多波段探測(cè)技術(shù)，其總體構(gòu)想在國(guó)際上尚屬首次，整套系統(tǒng)的核心技術(shù)單元均采用國(guó)際前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多大氣成分和多大氣要素的高精度測(cè)量。該系統(tǒng)目前已在安徽淮南大氣科學(xué)研究院完成內(nèi)地的聯(lián)調(diào)工作，即將在海拔4300米的西藏羊八井國(guó)際宇宙線觀測(cè)站全面建成并長(zhǎng)期開(kāi)展青藏高原大氣觀測(cè)研究。

APSOS系統(tǒng)建成后，不但能夠大幅提升我國(guó)在大氣環(huán)境探測(cè)方面的綜合技術(shù)水平，還能夠?yàn)榇髿猸h(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)和空間安全保障等提供有價(jià)值的觀測(cè)數(shù)據(jù)，有助于對(duì)大氣中新過(guò)程、新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和理解。同時(shí)，還可為我國(guó)自主研發(fā)星載大氣探測(cè)設(shè)備提供必要的技術(shù)積累。