科研儀器主要考量度，即測試結果“準不準”的問題，而工業(yè)化應用并不一定要求特別高的準確度，而是更偏向對于穩(wěn)定性的要求。氣溶膠消光光譜儀的研發(fā)是“兩條腿走路”，只是要賣給企業(yè)的話，穩(wěn)定性等方面的努力還得繼續(xù)。
人們在日常生活中常見的云、霧、煙甚霧霾等大氣現(xiàn)象其實在科學家的眼里還有別的叫法——氣溶膠。所謂氣溶膠，實則是由固體或液體小質點分散并懸浮在氣體介質中形成的膠體分散體系，又被稱為氣體分散體系。
“通常而言，就是指大氣中的顆粒物，比如在空氣質量評估中提到的PM2.5。”中國科學院安徽光學精密機械研究所助理研究員徐學哲在接受記者采訪時表示。
近日，中國科學院合肥物質科學研究院研究員趙衛(wèi)雄、張為俊及其團隊負責的科研專項“氣溶膠消光光譜儀研制”項目通過驗收，儀器的成功研發(fā)被認為不僅在業(yè)務觀測和科研上產(chǎn)生重要的社會效益，同時也會進一步推動氣象觀測儀器的國產(chǎn)化并產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。徐學哲就是項目團隊的重要成員。
不同于市面上的“普通”光譜儀
氣溶膠消光光譜儀是什么？因何產(chǎn)生重要的社會效益和經(jīng)濟效益？項目負責人趙衛(wèi)雄介紹道，該儀器是一臺基于寬帶腔增強吸收光譜技術的氣溶膠消光光譜儀，實現(xiàn)消光光譜的實時、原位測量，并對測量技術和方法進行研究，建立了實驗室標校方法，完成項目既定研究內容。在項目驗收中，儀器技術指標達到項目預期考核要求，儀器靈敏度和探測精度優(yōu)于項目設定目標。
氣溶膠消光光譜儀是一個連續(xù)運行的光譜觀測設備。據(jù)介紹，在技術的發(fā)展方面，其具有可擴展性，通過多組高反射率透鏡的聯(lián)用，可獲得整個紫外—可見波段的消光光譜。
“消光”是這一儀器的重要技術特點。所謂“消光”，徐學哲告訴記者，“就是指大氣中的顆粒物反射和吸收太陽光的特性。”他表示，顆粒物消光的大小直接影響大氣能見度，同時反映了空氣質量。
“通俗而言，消光光譜儀就是評估反映大氣顆粒物消光能力的儀器。”徐學哲補充道，“我們用這臺機器測試顆粒物的消光特性，從而評估顆粒物對大氣能見度、空氣質量以及氣候效應的影響。在氣候評估中，氣溶膠的光學特性是一個非常重要的參數(shù)。”
當前外上的光譜儀技術已經(jīng)相當成熟，與通常意義上的光譜儀相比，氣溶膠光譜儀實際上存在很大的不同。徐學哲告訴記者，“氣溶膠消光光譜儀是由光源、光學諧振腔和光譜儀三個部分組成。可以說，氣溶膠消光光譜儀和上的光譜儀不是一個概念。”
徐學哲表示，“上的光譜儀主要是測量不同波長處的光強，我們的這臺儀器主要測量氣溶膠的相關光譜特性。”
朝著小型化、智能化發(fā)展
研究表明，灰霾期間吸濕增長對大氣能見度降低的貢獻可達到60%，超過顆粒物本身的消光作用，氣溶膠消光光譜儀項目將消光光譜儀運用于氣溶膠吸濕增長研究中。
通過采用寬帶腔增強光譜測量技術，氣溶膠消光光譜儀有效解決了現(xiàn)有單波長儀器測量時氣體吸收對消光系數(shù)測量的影響問題。
徐學哲介紹，氣溶膠消光光譜儀使用的是發(fā)光二極管，相比傳統(tǒng)激光器，具有價格低、壽命長、穩(wěn)定性好、維護方便等優(yōu)勢。
徐學哲告訴記者，氣溶膠消光光譜儀對PM2.5等環(huán)境的監(jiān)測和防治具有積極意義。2014年2015年，項目團隊將研制樣機成功應用于APEC空氣質量保障暨中科院“先導2014”京津冀地區(qū)灰霾綜合外場實驗；2016年2017年，該儀器在安徽省壽縣國家氣候觀象臺實現(xiàn)了10個月的準業(yè)務化連續(xù)觀測，性能良好。
目前，項目團隊已將該儀器與研制的其他同類設備在長三角地區(qū)（合肥）和珠三角地區(qū)（廣州）進行外場綜合觀測。
接下來，氣溶膠消光光譜儀將向小型化、智能化的方向發(fā)展。徐學哲介紹道，小型化更利于儀器的外場工作，而智能化則是儀器一個更重要的方向。
“按照科學研究的要求，在數(shù)據(jù)校準、數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)據(jù)質量的監(jiān)控方面做一些智能化處理，定時將儀器需要的參數(shù)輸入設備，定時校準，定時反饋，將大大減少與儀器的人為交互。”徐學哲說。
當問及什么時候能夠看到氣溶膠消光光譜儀智能化研究的成果時，徐學哲表示，智能化樣機大概在一兩年可以跟大家見面。
推進相關儀器的國產(chǎn)化進程
談到氣溶膠消光光譜儀的前景，徐學哲向記者表達了他“看好”的態(tài)度。他表示已經(jīng)“有訂單”了，不過目前的合作單位多為高校及科研院所，以研究為主，還沒有達到“工業(yè)級”的應用。
徐學哲告訴記者，科研儀器主要考量度，即測試結果“準不準”的問題，而工業(yè)化應用并不一定要求特別高的準確度，而是更偏向對于穩(wěn)定性的要求。不過，他坦言，氣溶膠消光光譜儀的研發(fā)是“兩條腿走路”，只是要賣給企業(yè)的話，穩(wěn)定性等方面的努力還得繼續(xù)。
徐學哲告訴記者，其實，項目剛開始的時候，團隊成員并沒有先考慮轉化的問題。
與“化程度”相比，徐學哲更引以為豪的是儀器的研發(fā)“多大程度上讓我們國家擁有屬于自己的設備”。
“一開始只是專注實驗室基礎研究，當時和氣象局合作，簡單的想法就是發(fā)展我們國家可以自行測量的氣溶膠設備。”徐學哲表示，“項目從開展到現(xiàn)在已經(jīng)有10年的時間了，已經(jīng)完成了3代，經(jīng)過了4年的改進，這是一個比較長的過程。”
徐學哲認為目前氣溶膠消光光譜儀“不說領xian，也已經(jīng)達到了水平”。他表示，現(xiàn)在主要做一些推廣，“我們現(xiàn)在需要更多用戶的反饋，看看需要什么，然后做出一些相應的調整”。
當前，我國相關儀器的總體技術水平仍然與國外水平有一定差距。“需要這些儀器的機構常常只能通過進口購置，價格昂貴，涉及到工程師的后期維護也總是出現(xiàn)問題。”徐學哲說。
某種程度上，氣溶膠消光光譜儀的研發(fā)將會進一步推動氣象觀測儀器的國產(chǎn)化進程。
徐學哲同時希望國家適當?shù)丶哟髮ψ灾餮兄苾x器的支持，“特別是在購置方面”。
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