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“十三五”优秀成果展示——双池电化学大气臭氧探空系统

发布者:   来源:   发布时间:2024/3/10 0:00:00   标签:   浏览次数:306

成果评价编号: 中气科成评[2022]199
评价结果: 良好
成果名称: 双池电化学大气臭氧探空系统
完成单位: 中国科学院大气物理研究所、中国气象科学研究院、中国气象局气象探测中心、江西省气象科学研究所、航天新气象科技有限公司
成果形式: 应用研究和技术开发类-系统
研究领域: 综合气象观测
评价年份: 2019
完成人: 宣越健、张金强、郑向东、邢毅、潘毅、林伟立、刘明远、庞黎
成果简介: 公益性行业(气象)科研专项“高精度电化学反应臭氧探空仪样机研制和对比试验”(项目编号GYHY201106041)资助,研究开发了具有自主知识产权的双池电化学大气臭氧探空系统。该系统包括探空仪主体、信号发送系统、信号接收系统以及数据采集、处理、显示等单元,同时还包括进行反应溶液的处理、保存以及进行臭氧传感器预处理和臭氧探空仪标定等的施放现场检测单元。开发了高测量精度、灵敏度和可靠性的探空仪主体;研制了抗干扰能力强的信号发送、接收系统,减小数据丢失现象;设计操作简便、高速、运行流畅的数据采集、处理、显示软件,配合使用方便、高度程式化的施放现场检测单元,最终研发形成了完整的大气臭氧探空系统。
开展了国产臭氧探空系统的原始性创新研究,目前已进入成熟应用阶段,探测精度达到国际先进水平。使用自主研发高精度臭氧探空系统在北京、西藏拉萨、青海格尔木和大柴旦、广东阳江、吉林长春等多地开展观测实验。研制臭氧探空设备在2019、2020连续两年入选中国科学院院刊自主研制科学仪器。仪器已经成果转化,且产品出口韩国、马来西亚等国家。 与目前国际上广泛应用的ECC型臭氧探空系统地面比对测试表明,自主研制臭臭氧探空系统性能指标(背景电流≤0.1uA,响应时间≤30s)与进口产品相当,优于设计指标(背景电流≤0.2uA、响应时间≤35s),提高了探测精度和分辨率。与ECC型臭氧探空仪进行同球比对及与地面Brewer臭氧总量测量比对,结果显示,自行研制的臭氧探空系统完全满足中国气象局《臭氧探空系统功能需求书》(草案)中的要求,其性能指标达到国际先进水平。自行研制臭氧探空系统地面准备过程较之进口设备操作更具程式化,对施放人员的要求更低,更有利于业务的开展。 基于北京观测数据取得如下科学发现:2013年大气污染防治行动计划实施后,我国东部地区气溶胶大幅减少,导致地面太阳辐射显著增加。对流层臭氧主要由光化学反应生成,气溶胶及辐射变化对臭氧有什么影响呢?基于2013-2019年期间北京站点自主研发臭氧探空系统每周一次观测研究发现,2013年减排措施后北京边界层、对流层臭氧柱含量缓慢增长;而近地层臭氧前期上升,近年来随着NOx深度减排,臭氧稳定降低。本研究以北京示范揭示了臭氧污染新特征,为我国臭氧污染治理提供先行借鉴。相关研究发表多篇论文:ERL (2021)、GRL (2021)、AR (2021)、RS (2019)、AE (2016)、PNAS (2021)。
国内以往的有关大气臭氧研究科研项目多使用进口设备,需要花费大量的经费,且在售后等方面也受制于人,往往给科研工作带来很多不必要的麻烦,由此也带来业务施放迟迟不能开展。自主研发的双池电化学臭氧探空系统已经成果转化,由国内相关企业生产,且性能比肩进口设备,价格上也有很大的优势,无论从使用或设备维护方面都能提供很大的方便。 迄今已使用自主研发大气臭氧探空系统共进行了约600次左右的臭氧探空施放,应用于多个科学研究项目观测研究,包括国家重点基础研究发展计划、中国科学院战略性先导科技专项A类和(B类)、国家重点研发计划项目等。在北京地区每周一次的常规施放,并先后在青藏高原开展多地观测实验,获取了高质量的数据,为科研项目的完成做出了贡献,也为该项探测的业务化积累了宝贵的经验。研制的大气臭氧探空系统能在国内批量生产,能满足我国大气臭氧探空业务、环境监测和相应的大气物理研究科研项目的需求。 目前,自主研发臭氧探空系统已在5个气象局业务化试点观测,包括北京、重庆、南京、广东清远、福建邵武,并在杭州、上海站点开展短期观测。
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