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我国自主研制的“相干多普勒测风激光雷达”在南极部署

  由山东省科学院海洋仪器仪表研究所自主研制的相干多普勒测风激光雷达运抵南极中山站,顺利完成安装、调试,并进行了10个小时的连续观测。 这是我国首次在南极部署相干多普勒测风激光雷达,填补了我国对南极大陆低空大气风场探测的空白。

  在科技部国家重点研发计划项目的资助和中国极地研究中心的支持下,11月底,山东省科学院海洋仪器仪表研究所自主研制的“相干多普勒测风激光雷达”搭载“雪龙号”随中国第36次南极科考队顺利抵达南极中山站。通过集装箱吊运、海冰运输和陆上吊装等多种方式,于12月27日顺利完成雷达的安装、调试和部署,并进行了10小时的连续观测,为南极洲低空大气探测提供了全新的观测手段。这是我国首次在南极部署相干多普勒测风激光雷达,填补了我国对南极大陆低空大气风场探测的空白。

  人们在收听收看天气播报的时候,经常会听到一句熟悉的话语:“有一股来自西伯利亚的冷空气正在……”。实际上,影响人们生活的气候变化源头,基本都来自“两极”,两极地区大气参数对全球气候变化十分敏感,是了解和监测全球气候变化至关重要的参数,而且也关系到极地环境下海-气-冰不同圈层相互作用的基本过程。南极地区长期以来观测数据稀少,低空大气风场又与人类生活最为相关,因而成为此次南极科考部署的重点设备。

  南极中山站位于南纬69度22分、东经76度22分,环境恶劣,寒冷干旱,对人员和设备都是极大的考验。山仪所“激光雷达探测技术”创新团队历时6个月独立、自主设计研发完成的相干多普勒测风激光雷达,利用大气后向散射信号与系统本振光差频获取多普勒频移,进而反演得到大气风场,可对0-2 千米高度范围内的大气风场进行高精度、高时空分辨率的全天时观测,测风精度达到1米/秒,每分钟可获取1组风廓线米,达到国内领先水平。该激光雷达可在南极全自动运行,科研人员在青岛就能够远程监控雷达探测数据。

  为了确保此次南极科考任务的顺利进行,团队成员李辉主动请缨,于今年10月底从上海出发,搭乘“雪龙”号随中国第36次南极科考队前往南极中山站。长途跋涉几千公里之后,于11月底抵达中山站,花了一个月的时间,终于完成了测风雷达的安装、测试。此后,他还要在南极度过漫长的576天,包括1个极夜和2个极昼,以确保激光雷达系统正常运行。

  据了解,此前山仪所参与研发的国际上首台高空测风激光雷达已在南极驻扎,可全天时观测80-110千米大气温度和风场。如今,高、低空测风雷达“无缝衔接”,为我国在南极大气探测提供了全新的观测手段。

  极区大气作为整个地球大气系统中的一个重要组成部分,其温度和风场的结构与变化关系到全球大气系统的运动,也关系到极地环境下“海-气-冰”不同圈层相互作用的基本过程,对全球气候变化有深远的影响。该激光雷达利用大气后向散射信号与系统本振光差频获取多普勒频移,进而反演得到大气风场,具有灵敏度高、精度高和稳定性高等特点,可对0-2 km高度范围内的大气风场进行高精度、高时空分辨率、全天时的观测。该雷达由山东省科学院海洋仪器仪表研究所独立设计研发,具有完全自主知识产权,代表了国内激光雷达研发的先进水平。

  山东省科学院海洋仪器仪表研究所“激光雷达探测技术”创新团队自组建以来,紧跟国际学术前沿、面向国家重大需求和国民经济主战场,大胆探索、勇于创新,从最初研发完成我国首台船载多波长大气气溶胶激光雷达,到参与研发了国际上首台在南极部署的可全天时观测80-110 km大气温度和风场的激光雷达,到此次在南极安装完成我国首台相干多普勒测风激光雷达,稳扎稳打,不断取得科研新突破。本文来源:仪表网、MEMS