研发背景

已有的卫星观测与地基站网观测仍有不足之处，人类要提升对大气环境的预报、预测和预估能力，还需在垂直方向上对全大气层的主要要素获取较全面的长期连续观测资料。在地面放个温度计很容易，连续观测30千米到100千米的大气温度和其他数据就很困难。但要理解气候变化、环境变化以及人类活动对气候、环境的负面作用，这些数据非常重要。1

研发历史

2012年3月23日，基金委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”项目启动大会在湖北省咸宁市召开。会议由项目负责人中科院大气物理所吕达仁院士主持。

本项目将通过五年研制周期构建一个全（中性）大气层多要素、高垂直分辨率、准连续探测系统，以期获得大气温度和风场、温室气体与污染气体、云、气溶胶和水汽的垂直分布与多时空尺度变化，并通过集成反演算法实现对全大气层垂直结构、运动变化与成分输送的研究。拟研制的多波段多大气成分主被动综合探测系统将包含以下核心单元：大气温度风场探测激光雷达、臭氧探测激光雷达、二氧化碳探测激光雷达、污染气体探测激光雷达、气溶胶-云-水汽探测激光雷达、W波段测云雷达、太赫兹超导辐射波谱仪、综合集成与反演验证平台及组合望远镜系统。系统建成后计划在青藏高原开展长期观测。2

2017年9月9日，中国科学院大气物理研究所宣布，其牵头研制成功一套“多波段多大气成分主被动综合探测系统”，能够对从地表到100千米高度的垂直大气层进行多要素连续观测。APSOS已在安徽淮南完成了整体联调试验。1

2018年6月30日，国家自然科学基金委组织专家对中国科学院大气物理研究所主持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”（以下简称APSOS）进行了项目结题验收。基金委侯增谦副主任、地球科学部王岐东副主任、财务局王琨处长、计划局张小斌项目主任、中科院条财局苏驰业务主管以及基金委其他领导同仁、验收专家组成员、项目组成员和相关单位和部门共80多人参加了此次会议，王岐东主持项目验收会。

本次验收专家组组长由中科院地质与地球物理所万卫星院士担任。在验收会上，项目负责人吕达仁院士代表7家参研单位（中科院大气所、武汉物数所、安徽光机所、紫金山天文台、中国科学技术大学、武汉大学和安徽四创电子公司）汇报了仪器研制的完成情况和代表性创新成果等。仪器测试专家组组长高玉春研究员介绍了2018年6月13-14日期间在西藏羊八井开展现场测试的情况，并宣读了仪器测试结论。项目监理专家组李英华研究员汇报了自项目实施以来开展的现场监理情况。财务验收组和技术档案组的专家们开展了现场审查工作，并由王德瑞组长和张世林组长分别宣读了财务和档案验收意见。

APSOS项目组已获授权国家发明专利7项，构建完成了一套完整的自主知识产权体系；在学术论文方面，发表论文35篇；在人才培养方面，新增国家自然科学杰出青年基金获得者1人，培养了1名博士后、19名博士生和11名硕士生，形成了一支自主研发大气探测设备的技术团队。3

原理功能

APSOS由综合集成与反演验证平台及组合望远镜系统、气溶胶-云-水汽探测激光雷达、大气温度风场探测激光雷达、臭氧探测激光雷达、污染气体探测激光雷达、二氧化碳探测激光雷达、太赫兹超导辐射波谱仪和W波段测云雷达等单元组成。该系统在安徽淮南和青海德令哈开展联调测试之后，于2017年10月成功部署于西藏羊八井（海拔4300 m）。APSOS项目组已圆满完成了仪器研制任务，系统各项技术指标均达到任务书要求，APSOS系统已经成为国际上海拔最高、探测手段最为全面的大气观测系统，并且开始在青藏高原获取重要科学数据。

该系统的组合望远镜利用多光纤多波长空间分光技术达到了2 m等效口径和多套激光雷达共享；气溶胶-云-水汽探测激光雷达利用3波长发射6波长接收方式，实现了对气溶胶、云和水汽的探测；大气温度风场探测激光雷达实现了5-110 km高度大气温度和10-60 km、80-110 km高度大气风场的同时探测；臭氧探测激光雷达实现了5-50 km高度对流层和平流层臭氧的同时探测；污染气体探测激光雷达同时获得了0.1-3 km距离范围内的二氧化氮和二氧化硫分布；二氧化碳探测激光雷达获得了0.1-3 km高度范围内的二氧化碳变化特征；太赫兹超导辐射波谱仪在国内首次将太赫兹技术应用于地基大气探测领域；W波段测云雷达在国内首次将地基测云雷达由Ka波段上升到W波段。13

产品应用

整套系统的集成及所含技术单元可进一步推广应用于气象观测、环境监测和空间保障等业务部门。此外，该地基流动系统的建成还可为自主研发星载大气探测设备提供必要的技术借鉴和经验积累。

APSOS将入驻西藏羊八井国际宇宙线观测站。1

研发意义

APSOS项目的顺利实施与验收，标志着我国在大气探测研究领域已经掌握了国际前沿的关键技术，具备了综合系统的集成能力和大气空间环境的自主监测能力，为进一步开展青藏高原大气科学研究提供了强有力的技术支撑。3

参考资料