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超级“激光笔”求解大气神秘因子

超级“激光笔”求解大气神秘因子

APSOS进西藏前在安徽淮南开展系统联调

为探知大气圈内变化无穷的奥秘,2012年,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——多波段多大气成分主被动综合探测系统(简称APSOS)启动。

该项目近日顺利结题。在海拔4300米的西藏羊八井国际宇宙线观测站,APSOS已进入工作状态。

夜晚,一束束绿色、黄色的激光射向天空,仿佛一支超级“激光笔”,探照大气中温室气体和污染气体的时空变化。

APSOS项目 同时观测多个大气要素

APSOS的科学目标是获得从近地面到110千米区间的大气温度、湿度、风场、大气温室气体与污染气体、云和气溶胶的高垂直分辨率观测资料,实现对大气垂直结构、运动变化与成分输送的研究。

过去百年,科研人员主要以计算机与数学方法为支持来进行数值模拟和预测,而无论是模型的建立还是预测方法的研究均离不开对大气层结构、成分、过程与变化的全球性长期监测。这些数据来自各国建立的气象台站及遥感探测包括雷达、卫星等。那么,APSOS又有何独特之处?

“我们的核心科学目标是获得控制大气运动过程的重要因子,理解其中的相互关系和耦合过程,用定量规律描述它,形成一个数字模式。”中科院大气物理研究所研究员、中国科学院院士吕达仁在接受科技日报记者采访时表示。

如何获取这些影响因子的相关数据?“科研人员发展了很多观测技术和手段,世界各国的卫星也做了很多工作,提供了很多数据,但是在一个定点如此高分辨率地同时观测多个大气要素的目前还没有。”吕达仁说,“与此同时,在垂直方向上对全大气层的主要要素获取较高时间和空间分辨率的长期连续观测资料,对更清晰地认识气候、环境变化所依托的大气机理至关重要。”

APSOS项目正是要弥补这方面的不足,同步获取全大气层多成分和多要素资料。这些要素包括温度、风场、臭氧、二氧化碳、水汽、二氧化氮、二氧化硫、云和气溶胶(气溶胶指的是大气中的固态和液态悬浮颗粒物,其实我们平时所说的雾霾和沙尘都属于气溶胶的一种)。

这些要素都在气候和环境变化中扮演着重要角色。大家最关心的PM2.5与人类健康息息相关;气溶胶也对气候变化、大气物理过程、环境科学和光的大气传输都有十分重要的影响;二氧化碳的排放则是世界各国关注的焦点;二氧化氮和二氧化硫也与环境污染密不可分。

发射激光 精准“切割”中性大气层

地球被一层很厚的大气层包围着。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),在此之上为热层(上界约为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。”吕达仁说,“因为这个区域的研究可打通大气物理和空间物理研究内容,能更深刻探析人类活动与大气运动、气候变化等之间的关系。”

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