大气三维分布监测仪

近日，珠海首次大规模入海污染通量监测分析项目已完成阶段性任务，任务包括开展70条入海河涌排洪渠、断面和31个入海排污口的入海污染通量以及水质指纹（三维荧光光谱）监测和评估，主要监测指标包括盐度、pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、总氮、无机氮、总磷、石油类、流量、三维荧光光谱等。在开展监测过程中，监测单位运用多普勒流速流量无人走航船、三维荧光光谱仪等先进仪器获取水体水文信息和水质指纹，在摸清入海污染通量的同时，建立可供海洋污染溯源的水质指纹库和溯源模型。“水中的污染物组分不同，呈现出来的三维荧光光谱就随之不同，这些特征光谱就是水质的指纹。”市西部生态环境监测中心工程师杨锡明介绍，“本项目就是基于三维荧光光谱测定结果，建立谱库分析模型，分析入海河涌、入海排污口水质指纹特征，确定其污染类型，然后追溯水中污染物的排放来源。”对于三维荧光光谱技术，今年2月，标准《在线水质荧光指纹污染预警溯源仪技术要求》正式实施，具体可查看：三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源。该项标准即采用三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源的技术。三维荧光光谱技术除了检测水质外，还可以检测气体，应用于大气环境防治及污染处理。在第十一届光谱网路会议（iCS2022）上，陕西科技大学陈庆彩教授将讲解“三维荧光光谱在大气污染科学研究和控制中的应用”，报告将讲述三维荧光光谱法在大气污染形成机制和来源鉴定中的应用案例和理论技术、关键技术，以及应用范围，从检测设备的设计和搭建，到数据处理和实际应用过程。》》》点击报名》》》

仪器信息网讯 2011年3月7日至14日，中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的AGHJ-LIF-I水质有机污染三维荧光监测仪、TEMO大气颗粒物分析仪亮相国家“十一五”重大科技成就展。AGHJ-LIF-I水质有机污染三维荧光监测仪TEMO大气颗粒物分析仪　　关于中国科学院安徽光学精密机械研究所：　　中国科学院安徽光学精密机械研究所成立于1970年12月。位于安徽省合肥市西郊，占地面积约600余亩。现设大气光学研究中心、环境光学研究中心、应用激光技术研究中心和光学工程技术中心以及一批高科技公司。安徽光机所具有光机电技术研究开发综合优势和配套的生产制造能力，并已获得了GB/T19001-2000和GJB9001A-2001质量体系认证证书。 安徽光机所在激光大气传输和激光大气探测、激光光谱学、环境光学和环境监测技术、遥感和辐射定标与校正、新型激光器和晶体材料、医学光电子学和激光医疗仪器、光电子学和光电工程等学科领域，承担着国家重点科技攻关、国家"八六三"计划、国家自然科学基金、国家部委预研、中科院重大以及地方攻关等项目。在和企业合作研发环境监测技术、工业和医用激光技术、激光晶体材料等方面已开发出一系列高技术产品。研制成功的空气质量长程差分吸收监测系统、便携式大气探测激光雷达和测污激光雷达设备，已在我国环境污染监测中发挥着重要作用。

项目名称：静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术完成单位：中国科学院上海技术物理研究所完 成 人：丁 雷 等奖励等级：技术发明奖一等奖天气变化影响着人们穿衣、出行，乃至生活的方方面面，对气象开展准确监测是世界科学家们孜孜以求的目标。地球静止轨道气象卫星，相对地球静止不动，可以全天候获取我国所在区域的连续动态观测数据，犹如坚守岗位的“哨兵”。因此，发展静止轨道先进大气探测载荷技术是世界各国科技竞争制高点之一。由中国科学院上海技术物理研究所历经20年研究的静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术在国际上率先取得突破，该所研制的干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）装载于我国第二代地球静止轨道气象卫星——风云四号卫星上，在国际上首次实现了静止轨道大气温度、湿度垂直三维探测，有效提高了长期数值预报精度，对我国和“一带一路”沿线国家和地区的天气预报和灾害预警具有重要意义。在35800公里外为地球大气做“CT”，是我国气象预报当之无愧的“独门秘笈”之一。2018年台风玛利亚内部温湿度信息探测01群雄逐鹿 拔得头筹大气在空间分布上是三维的，其温度、湿度和压强会随时间而变化，大气的运动和变化便是天气现象的本质。摸清大气垂直运动的“脉搏”，就能及时预报天气的发生与发展。如果能获取一幅动态大气三维“全息”影像，就能表征天气现象动态演变过程，为数值预报提供强有力的“诊断”依据，及时出具应急响应的“处方”。然而，在35800公里的地球静止轨道监测如同针尖大小地面上空大气层的变化，谈何容易，可谓差之毫厘、谬以千里！在国际上，静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术的研究起源于20世纪90年代，美国、欧洲和中国先后开展了本项技术研究。由于技术难度大、不成熟等问题，原计划在美国GOES系列、欧洲MTG-S项目上实施的载荷至今尚未在轨实现。而本获奖项目科研团队研制出的两台GIIRS仪器已经在2016年和2021年先后进入静止轨道工作，连续为全球提供高时效大气三维探测数据超过5年，我国已成为全球的唯一数据源。“GIIRS实现了好几个‘世界首次’，在预报服务中发挥了很好的作用！”中国气象局数值预报中心模式研发室副主任、风云四号卫星数值预报应用攻关团队首席专家韩威，给出如上评价。02自主创新 攻坚克难静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术究竟包含了哪些“法宝”和“绝招”，解决了哪些关键核心技术难题呢？看得细——大气目标精细光谱探测。实现大气温度和湿度参数的三维垂直结构观测需解析不同高度大气的红外吸收光谱，要求光谱分辨率达到0.625波数，在35800千米距离上进行大气光谱探测，需要建立新的精细光谱测量技术体制。看得准——低能量的高探测灵敏度。由于对地观测距离超过35800公里，到达轨道上的地球辐射能量值仅为低轨道的数千分之一；同时探测大气要求的高光谱分辨率，使得目标的辐射能量减小1.5个数量级以上，研制出更加灵敏的“视网膜”，即高性能新型红外探测器来提高探测转换效率、降低测量噪声。看得远——载荷极高指向观测稳定性。针对远距离观测，提出了二维扫描镜扩大仪器的视场，离轴主望远光学系统收集大气能量、动镜式傅立叶干涉仪进行探测、通过机械制冷机冷却面阵探测器和辐射制冷器冷却后光路、高性能探测器进行光电转换的高光谱载荷总体技术方案，并研制了集成化的载荷系统，系统解决了地球静止轨道进行高光谱、高灵敏度、高稳定大气三维探测的三大技术难题。看得清——复杂空间环境下高稳定探测。由于地球自转与公转带来的载荷温度变化超过210℃与载荷光学系统温度稳定度要求小于0.2℃的矛盾，突破多温区的高稳定度控制技术，达到“身处水深火热，内心平静如水”的状态。03气象灾害 尽收眼底静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术在台风等灾害天气预报和建党100周年活动等重大气象服务中发挥了重要作用。据相关统计显示，预报台风登陆地点的路径误差每减少1公里可避免直接经济损失约1亿元人民币，仅在2019年，GIIRS对台风“利奇马”的24小时路径预报误差从75公里降到50公里，直接减损效益估计超20亿元。此外，GIIRS在GRAPES数值预报中的成功应用，促进了全球静止卫星高光谱观测系统发展。在2019年美国召开的联合卫星大会上，美国天气局（NWS）局长指出：静止轨道高光谱探测将是下一步最大的进步；美国国家环境卫星信息资料中心NESDIS主任评价该载荷技术：促进了全球静止轨道卫星大气高光谱探测系统发展和卫星观测同化应用。在学术贡献上，国际和国内气象应用专家还利用GIIRS高频次、高光谱数据，针对NH3、四维风场等探测要素开展研究。面向国家战略亟需，中国科学院上海技术物理研究所创建了静止轨道大气三维探测全新技术体制，发明了具有完全自主知识产权的高光谱载荷技术，国际上率先实现了高频次的地球静止轨道大气三维结构精细探测，推动了风云四号卫星处于国际领先地位，获得了重大的应用价值和社会效益，得到各方的高度评价。站在时代的潮头回望历史，我们的科研人员心中仍谨记着周恩来总理1969年1月29日的重要指示：应该搞我们自己的气象卫星。五十多年来，风云系列气象卫星走出了从无到有、从小到大、从弱到强的成功之路。回首风雨，展望未来，上海技术物理研究所科研团队将接续奋进，紧密围绕气象领域和我国大气探测的战略要求，瞄准国际竞争制高点，为我国大气探测技术实现升级换代和逐步超越国际水平作出更多新的贡献！