中科院成功研制全球首套大氣綜合探測系統(tǒng)APSOS，在淮歷時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”來形容磨礪的艱辛和成功過程的漫長。中國科學(xué)院大氣物理研究所歷時多年成功研制出全球首套大氣綜合探測系統(tǒng)APSOS，這套堪稱為“大國重器”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際宇宙線觀測站，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，計劃月底便可到達(dá)。

APSOS系統(tǒng)中的探測裝置

APSOS系統(tǒng)全球唯一

9月9日,“多波段多大氣成分主被動綜合探測系統(tǒng)”現(xiàn)場演示與專家咨詢會議在安徽淮南舉行，會議由項(xiàng)目首席科學(xué)家——中國科學(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綜合探測系統(tǒng)（Atmospheric Profiling Synthetic Observation System，簡稱APSOS）是國家自然科學(xué)基金委首批資助的國家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)之一，當(dāng)時立項(xiàng)資金9700萬元。項(xiàng)目于2012年正式啟動，由中國科學(xué)院大氣物理研究所牽頭，聯(lián)合國內(nèi)其他6家科研單位（中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所、中國科學(xué)院紫金山天文臺、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技術(shù)，APSOS系統(tǒng)不但能夠獲得大氣溫度、濕度、風(fēng)場和云層分布等多種氣象要素，而且能夠?qū)崟r監(jiān)測溫室氣體和污染氣體的時空變化，以實(shí)現(xiàn)對大氣垂直結(jié)構(gòu)、運(yùn)動變化與成分輸送的研究。

APSOS系統(tǒng)的核心部件

緣何會與淮南結(jié)緣

說起APSOS系統(tǒng)與淮南的緣分，還得從2011年說起，說到底還是淮南與中國科學(xué)院大氣物理研究所的結(jié)緣。其時，淮南長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，是我國南北氣候區(qū)劃的交匯帶，天氣過程具有典型性，開展科學(xué)研究、觀測實(shí)驗(yàn)有利于認(rèn)識我國江淮流域短期天氣過程、氣候過程和大氣環(huán)境過程。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。于是，中國科學(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，淮南研究院開始承接APSOS系統(tǒng)項(xiàng)目的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，這個項(xiàng)目填補(bǔ)了國內(nèi)空白，是國際上最先進(jìn)的一套綜合觀測系統(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)了一年半時間才終于制作成功。

張井貝補(bǔ)充說，APSOS系統(tǒng)最終將要安置于西藏羊八井的國際宇宙線觀測站，因?yàn)槟抢锏靥幐吆０?，污染少，干擾小，更有利于探測工作的開展，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)測試。經(jīng)歷9月9日的APSOS系統(tǒng)現(xiàn)場演示與專家咨詢會議后，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探測如此多的大氣成分和大氣要素呢？這已經(jīng)成為國際大氣科學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，也正是APSOS這個重大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目鎖定的目標(biāo)。

APSOS系統(tǒng)由5臺激光雷達(dá)、1臺毫米波測云雷達(dá)、1臺太赫茲超導(dǎo)輻射波譜儀和一臺組合望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成。激光雷達(dá)作為主動式光學(xué)遙感探測設(shè)備，具有高時空分辨率和高探測精度等優(yōu)點(diǎn)；此外，多臺激光雷達(dá)共用一臺光學(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，使其成為國際領(lǐng)先水平的大氣探測激光雷達(dá)接收望遠(yuǎn)鏡。系統(tǒng)還包括我國首臺地基W波段測云雷達(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波段的散射特性很強(qiáng)可探測到20公里以下的非降水云分布。系統(tǒng)中唯一的被動遙感設(shè)備是一臺超導(dǎo)輻射波譜儀，工作于太赫茲波段，用于探測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，能夠探測到更遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。

綜上，APSOS系統(tǒng)采用主、被動遙感相結(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技術(shù)，其總體構(gòu)想在國際上尚屬首次，整套系統(tǒng)的核心技術(shù)單元均采用國際前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對多大氣成分和多大氣要素的高精度測量。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米的西藏羊八井國際宇宙線觀測站全面建成并長期開展青藏高原大氣觀測研究。

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