超级“激光笔”求解大气神秘因子

2018-08-30 11:20

APSOS也是全球首套中性大气层多成分、多要素的大型地基主被动综合探测系统。它由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1台组合望远镜构成的大型仪器设备组成。从空中俯瞰，以组合望远镜所在建筑物为中心，装有设备的集装箱方舱分布四周，整个系统成“米”字形。

其中，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，其工作原理是发射激光到大气中，激光光束与大气不同物质发生相互作用，散射回来的光信号由光学望远镜接收，再被光电探测器转化为电信号。基于不同的激光雷达原理，通过处理接收到的信号就能得到不同探测物质的含量，通过多普勒效应获得大气温度和风场。而系统中的毫米波测云雷达则以灵敏探测高卷云见长。

另外，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。太赫兹波段是目前可开发利用的最后一个电磁波段，具有很强的大气穿透能力，能够探测到更遥远的目标。

中科院大气物理研究所研究员潘蔚琳说，在中性大气层范围，APSOS通过发射激光，每秒打出数十个脉冲，就像一把把“剑”把大气按每几十米进行“切割”，由此精确获取大气成分信息，其中包括近年来人们最关心的PM2．5。

高海拔安置最大化体现设备科学价值

为什么将系统安置在西藏？“西藏是中国对全球气候变化研究的重点，海拔高更有利于激光雷达和太赫兹波谱仪的探测，使得同时获取多个大气要素探测结果的机会更多，更能体现设备的科学价值和资料价值。”吕达仁说。

据了解，已经搭建好基础框架的可视化平台能够实现数据的同步更新，并将实现对系统运行情况的远程监控。但如此精密的仪器在西藏的长时间、稳定运行仍存在着一定的挑战。

“最大的问题是激光器在高原的运行，为了获得高质量的信号，激光器都是最高配置，对技术要求比较高。”潘蔚琳说。不过，她表示，维护得当的情况下，激光器仍可以保持数年的使用寿命。

虽然目前激光雷达无法在白天和雷雨天工作，但它具备的长时间、连续稳定对大气多要素进行精细探测的优势，还是让专家对其发展充满期待。

“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。”吕达仁说。

（记者：操秀英）

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