太阳辐射和大气科学测量专家

天空中的Kipp & Zonen设备:俄罗斯新型空中研究实验室

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发布于: 2014年8月19日 世界各国的科学家们一直面临着一个难题,即如何在大面积的领土上测出高质量的大气层参数。一般经常使用地面站和卫星仪器网络收集各种不同大气参数的数据。但是这些方法都存在局限性,无法保证所获数据每次都能够达到所要求的质量。

地面站的测量方法要求在领土范围内地面站的设立空间密度高且分布范围广。对于俄罗斯这样领土范围辽阔的国家,几乎无法实现全国各地都设有观测站,尤其是俄罗斯国内大部分地区都无法轻易进入。另一方面,卫星测量方法在某些地点和时间并不总是可用,因此提供的数据有限。俄罗斯联邦水文气象和环境监测局决定采取另外一种方法——空中实验室。

俄罗斯联邦水文气象和环境监测局(Roshydromet)与莫斯科市中央高空气象观测台以及圣彼得堡市一同开发了一个特殊的仪表化空中平台(飞行器实验室),这将成为一种适用于环境研究的有效工具。新型空中实验室命名为“大气层”实验室,将同时测量某一给定区域(即使给定的是最为偏远、最难以进入的区域)内大气层中和地球表面上的各种高时空分辨率参数。

实验室同时也可将地面和遥感数据集成到一张信息图片上。除此之外,实验室飞行器还可通过播云技术,对云层进行人工影响和控制。莫斯科地区茹科夫斯基市的米亚西舍夫设计局特别改造了YAK-42D飞行器,以满足俄罗斯联邦水文气象和环境监测局的研究需求,配有各种必要设备。

飞行器携带一系列设备套件,测量大气层中的气体和气溶胶成分。根据获得的数据,能够在早期识别出各种可能引起区域和全球气候变化的气候因素。这套设备系统由激光雷达、气体分析仪、分光计和化学发光仪器组成,检测气溶胶成分、臭氧浓度、温室气体、氮氧化物以及其他气体中出现的自然波动和人类活动影响。

空中飞行实验室还将通过测量伽马辐射剂量率和同位素组成成分的方式,监测空气以及下垫面的放射性污染情况。这种空中实验室的测量方式不仅能够测定污染量,而且还能够识别出可能存在的污染源以及污染传播方向。

为研究云层和降水量以及创建不同天气现象下的地图,实验室还采用了一套特殊的雷达跟踪系统。同时,飞行器也拥有各种机载系统,测量云中的微物理参数和云人工影响设备。

除此以外,还使用了一组探头,测量大气层的电气特性,例如电离层电位及其变化,以及对流层中气溶胶层和云层的相关电荷量等。带电云层通常对飞机构成威胁,因此飞行实验室中的机载仪器系列将能够对这些云层进行详细的研究。

安装在飞行器机翼下方特殊尾桁中的仪器用于测量各种大气热力学参数——例如温度、气压、风速、湿度和大气紊流,是分析其他测量系统数据时的必要仪器。

云层与下垫面的辐射平衡及遥感则通过一套含有Kipp & Zonen辐射计的系统测量。我们在俄罗斯的经销商RPO ATTEX提供了用于测量太阳、天空和地面辐射的仪器设备。飞行器的顶部和底部分别暗转有2个CMP 22日射强度计和2个CGR 4辐射强度计,测量下行和上行的短长波辐射。飞行器顶部还安装有1个UVS-B-T,测量下行UVB辐射。

Retractable cover with CGR4, CMP22 and UVS radiometer

仪器均安装在一个机架上,与一个特别设计的整流罩结构框架相集成。这个框架带有一个可伸缩盖罩,可以在不进行测量操作时保护仪器。

通过测量飞行器和地面上的净短波通量,可以确定飞行器以下和以上大气层的太阳辐射吸收情况。同时,科学家们通过测量长波热辐射,可以评估自然气溶胶、人类活动产生的气溶胶以及温室气体对辐射平衡产生的影响。

俄罗斯莫斯科地区泽列诺格勒市的NPO Lepton与主地球物理观测台一同开发的科学设备用于测量高分辨率的光谱和亮度温度,与Kipp & Zonen开发的高精度辐射计测得的数据相结合使用。

2013年夏季,Roshydromet的新型空中飞行实验室进行多次试飞,在各种天气条件下检测飞行器和各种仪器的性能,例如最大和最小的高度、风速、加速、倾斜等条件。从11月开始,实验室开始例行的监测飞行。

有关“大气层”空中实验室以及其他项目的更多信息,您可以访问Roshydromet网站www.meteorf.ru和中央高空观测台网站www.cao-rhms.ru。 

有关我们俄罗斯经销商RPO ATTEX的信息,请访问网站www.attex.net。Our。Our distributor for Russia, RPO ATTEX, can be found at www.attex.net.