劉思瑤，趙傳峰，周毓荃

(1.北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院，北京100875；2.中國氣象局云霧物理環(huán)境重點開放實驗室，北京100081)

引言

云通過其微物理參量(云粒子大小和相態(tài)等)、宏觀參量(覆蓋范圍、高度、厚度等)與太陽短波輻射和地氣的長波輻射發(fā)生作用，使其成為影響地氣輻射能量收支平衡最重要的參量(傅云飛和冼桃，2017)。云降水不僅是全球及區(qū)域水循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)，也是氣候變化的重要指示劑，為此各國科學(xué)家從不同方面對云降水進行了廣泛的研究(傅云飛，2018)。其中了解降水云水平分布和垂直結(jié)構(gòu)及其微物理特性十分重要(傅云飛等，2007)，而可靠的云微物理探測設(shè)備可以幫助更好地理解云結(jié)構(gòu)、云降水和云輻射過程。飛機探測通過在飛機上搭載云微物理探測設(shè)備對云進行直接探測，可獲得較可信的高時空分辨率的云參數(shù)。為此我國近年來陸續(xù)引進多套機載云物理探測系統(tǒng)，大體分為三代：PMS(Particle Measuring Systems)、DMT(Droplet Measurement Technologies)和SPEC(Stratton Park Engineering Company)。

機載PMS粒子測量系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代后期開始在世界各地逐步被廣泛采用的云微物理觀測儀器(Knollenberg et al.，1981)。該套設(shè)備能夠?qū)崟r測量大氣中0.5~6 400μm的粒子的譜分布，并可以給出25~6 200μm的粒子的二維圖像。中國氣象科學(xué)研究院人工影響天氣中心于1981年開始引進這一系統(tǒng)，并逐步運用到一些外場試驗中，取得了很多有價值的云微物理觀測資料。很多氣象工作者通過對PMS探測資料的深入分析，研究了人工影響天氣的相關(guān)科學(xué)問題(游來光，1991，1994；段英等，1998；胡志晉，2001；陶樹旺等，2001；孫玉穩(wěn)，2015；Yang et al.，2019；Dong et al.，2020)。例如，黃夢宇等(2005)利用PMS觀測對華北地區(qū)春秋兩季層狀云及降水的微物理特征進行了統(tǒng)計分析，給出了相關(guān)云參數(shù)；Zhao等(2019)利用PMS觀測揭示了華北地區(qū)個例層狀云的微物理垂直結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用PMS儀器過程中，一些問題也逐漸被發(fā)現(xiàn)和改進，包括因資料不能在飛機上實時處理和顯示、磁帶容量有限等問題(劉衛(wèi)國，2001)，然而虛假粒子等問題依然存在。隨著研究人員對探測精細程度要求的日益提高，PMS系統(tǒng)已無法滿足一些科學(xué)試驗的需求(Bau?mardner et al.，1985；Cooper，1988；Brenguier，1989；Law?son，1995)。

因PMS探頭的諸多不足，NCAR大氣技術(shù)部的研究人員于1988年成立了一個新的公司DMT，并于2006年5月收購了美國PMI(Porous Materials Inc)公司中大氣物理測量設(shè)備的生產(chǎn)線，依靠最新的電子技術(shù)，推出了一系列革新探頭(馬新成，2006)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于大氣物理觀測研究、人工影響天氣觀測研究等領(lǐng)域。DMT探測系統(tǒng)能夠?qū)崟r測量出大氣中0.055~6 200μm的各種粒子的譜分布，并能給出25~6 200μm的粒子二維圖像，其最顯著的優(yōu)點是采用了光電集成新技術(shù)，使儀器在使用中的穩(wěn)定性明顯提高，同時也更易于維護和操作使用。該套探測設(shè)備在中國得到了廣泛應(yīng)用。彭沖等(2016)通過對山西一次低槽冷鋒層狀云DMT探測，結(jié)合衛(wèi)星、雷達、探空等多種探測資料，對云微結(jié)構(gòu)的進行精細分析。孫鴻娉等(2014)對64架次山西飛機DMT云物理觀測結(jié)果進行研究，分析了降水云和非降水云系的微物理特征量的顯著差異并給出了云的微物理參數(shù)。蔡兆鑫等(2019)利用山西省人工降雨防雹辦公室在該省忻州地區(qū)開展的國內(nèi)首次大陸性積云飛機穿云探測資料，分析研究了不同發(fā)展階段的積云宏、微觀物理特性。

在近年的對比試驗分析中，Baumgard和Korolev(1997)、Strapp等(2001)研究結(jié)果表明2D-C(Optical Ar?ray Grey Probe)探頭的時間響應(yīng)受到光電二極管陣列和一級放大器的時間常數(shù)限制，導(dǎo)致在空速高于120 m·s-1的情況下，探頭對小于100μm粒子的靈敏度顯著降低。光電尺寸與計數(shù)的組合誤差會導(dǎo)致小于100μm粒子的尺度分布(particle size distribution，PSD)出現(xiàn)較大的數(shù)量級誤差。此外，2D-C探頭相對較粗的有效像素(約25~75μm，取決于空速)，無法提供足夠的空間分辨率來確定大多數(shù)小于300μm粒子的形狀和相態(tài)。SPEC云粒子探測系統(tǒng)作為一種新的光學(xué)成像系統(tǒng)，克服了上述局限性。Lawson等(2006)進行了相關(guān)對比試驗，NCAR在科羅拉多前山脈以東利用C-130搭載2D-C、2D-S(The Two Dimensional,Stereo Particle Imag?ing Probe)和CPI(the Cloud Particle Imager)在-13℃處的混合相態(tài)的上坡云中收集的粒子圖像進行對比，發(fā)現(xiàn)2D-S顯示出更多的冰晶結(jié)構(gòu)細節(jié)，其立體視圖也揭示了其優(yōu)越性，因為從粒子的單個陰影圖像中無法確定粒子三維結(jié)構(gòu)的詳細信息。CPI很容易看到云滴，導(dǎo)致其成像激光探頭響應(yīng)主要由高濃度云滴所主導(dǎo)，因此當(dāng)較大的冰晶顆粒進入樣品體積時，它通常是無效的。相比較而言，2D-S檢測“更早”進入波云橫斷面小冰晶的能力可以為更好地了解云中冰的成核過程提供基礎(chǔ)。在冷云的一次對比觀測中，2D-S觀測到了卷云(-45℃)中小顆粒的冰晶向玫瑰狀冰晶的轉(zhuǎn)化過程，而2D-C幾乎沒有反應(yīng)；當(dāng)CPI圖像已確認探測到許多較大的(大于100μm)可辨別的蓮座狀粒子，且在2D-S圖像中可以識別為蓮座狀時，2D-C僅看到1~5個像素的圖像，其形狀無法確認。在40 s的時間內(nèi)2D-S記錄的總顆粒數(shù)為268 897顆，而2D-C為264顆。這些觀測對比結(jié)果均表明了SPEC云粒子探測系統(tǒng)的優(yōu)勢。本文將詳細介紹SPEC云粒子探測系統(tǒng)及其在云物理研究中的應(yīng)用進展。

1 SPEC云粒子探測系統(tǒng)概述

SPEC探測系統(tǒng)是由美國Stratton Park Engineer?ing Company(SPEC)公司研發(fā)生產(chǎn)的。1989年SPEC得到美國國家科學(xué)基金會(NSF)的項目資助，研發(fā)了第一個云粒子探頭-高容量降水粒子光譜儀(The High Vol?ume Precipitation Spectrometer，HVPS)。此后，SPEC不斷參加大型科學(xué)項目試驗，在實踐探索中不斷創(chuàng)新提高探測系統(tǒng)的探測能力。在過去30 a中，SPEC科學(xué)家、工程師和技術(shù)人員參與了100多個研究項目，一直處于云粒子探測器開發(fā)的最前沿，從而使其儀器得到了越來越廣泛的應(yīng)用和認可。SPEC機載云探測系統(tǒng)將二極管升級到128個(DMT 64個，PMS 32個)，并保留單個粒子的電信號。這雖然使得數(shù)據(jù)量很大，但為后續(xù)數(shù)據(jù)的質(zhì)控帶來方便，而質(zhì)控是飛機探測云物理試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)主要包括：FFSSP(Fast For?ward Scattering Spectrometer Probe)、FCDP(The Fast Cloud Droplet Probe)、HVPS(The High Volume Precipi?tation Spectrometer)、2D-S組合探頭、3V-CPI(3-View Cloud Particle Imager)組合探頭等。由于FFSSP主要由老的PMS系統(tǒng)中的FSSP(Forward Scattering Spectrom?eter Probe)改裝電路板等得到，探測原理等與熟知的FSSP大致相同，故本文不再對其贅述。

2 SPEC云粒子探測系統(tǒng)的探測原理

2.1 FCDP

FCDP是一種前向散射探頭，探測范圍是1~50μm，共有21個通道，前20個通道的分辨率約為3μm，最后一個通道為超大通道，可探測粒子風(fēng)速范圍為10~200 m·s-1。它通過測量粒子通過探測器聚焦激光束時散射到探測器的光信號大小來計算粒子的大小和濃度。如圖1所示，F(xiàn)CDP由發(fā)射和接收臂(內(nèi)部包含發(fā)射和接受光學(xué)器件、探測器和探測放大板)、主機(由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成)、支架(主要由電源、激光和加熱控制板構(gòu)成)三個主要部分組成。FCDP可以獲取每個粒子詳細的信息數(shù)據(jù)，當(dāng)想獲取更復(fù)雜的粒子信息時，可以進行數(shù)據(jù)的后處理。該儀器可由機艙內(nèi)的計算機控制，也可設(shè)置為在開機時自動運行、收集和存儲數(shù)據(jù)。

圖1 FCDP探頭(摘自《FCDP英文技術(shù)手冊》)Fig.1 FCDP probe(Adopted from FCDP Technical Manual).

SPEC公司的FCDP英文技術(shù)說明書上給出了它的探測原理：一束準(zhǔn)直的光纖耦合激光投射在FCDP的發(fā)射和接收臂之間的采樣體積上，其中的云粒子使激光束散射。接收臂上的轉(zhuǎn)儲點(dump spot)接收被云粒子散射的光。這束光在兩個檢測器之間被分割：質(zhì)量檢測器和信號檢測器。圖2是FCDP光學(xué)路徑示意圖。當(dāng)兩個探測器都聚焦一個粒子時，電壓會產(chǎn)生一個峰值。由于使用的是50∶50的分束器，如果經(jīng)過質(zhì)量檢測器檢測的粒子電壓峰(Qualifier Voltage)高于信號電壓峰(Signal Voltage)，則粒子是“合格”的(Well Qualified Particles)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄每個粒子的特性，如運行時間、傳輸時間、信號電壓、限定電壓、面積(伏特總和)和到達峰值的時間。

圖2 FCDP光學(xué)路徑示意圖(摘自《FCDP英文技術(shù)手冊》)Fig.2 Diagram of the FCDP optical path(Adopted from FCDP Technical Manual).

2.2 2D-S

2D-S是一種機載光學(xué)儀器，分辨率為10μm，測量范圍為10~1 280μm，用于測量粒子的大小、形狀和濃度。圖3是2D-S探頭及其探測原理圖。2D-S有兩個完全相同的垂直于粒子流的正交光學(xué)通道，通道內(nèi)的激光器可以產(chǎn)生約1.3×61 mm大小的激光束(圖3a)，這束光被定向到一個由128個單元組成的線性陣列上(圖3c)，其放大倍數(shù)可以在采樣體積中產(chǎn)生大約10微米的像素。陣列以與粒子速度成比例的速率采樣從而以像素分辨率拍攝圖像。圖像壓縮后發(fā)送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)進行記錄和顯示。該探頭具有兩個特點：一是它可以測出粒子通過采樣體積時的立體圖像；二是它提高了粒子圖像的空間分辨率。

圖3 2D-S探頭(a、b)及其光學(xué)路徑示意圖(c)(摘自《2D-S英文技術(shù)手冊》)Fig.3 2D-S probe and the diagram of its optical path(Adopted from 2D-S Technical Manual).

2.3 HVPS

HVPS是一種機載光學(xué)探測器，用于測量大氣中水滴和冰晶的大小、形狀和濃度，探測范圍為150~19 200μm，分辨率為150μm。圖4是HVPS探頭及其激光光束，其探測原理與2D-S相同。HVPS的主要組成部分是一個激光源，它可以產(chǎn)生大約19.2 mm×162 mm的光束并從位于光學(xué)臂內(nèi)側(cè)的窗口之間通過。其光學(xué)成像原理與2D-S光學(xué)成像原理相同，但其采樣體積中光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)為150μm像素分辨率。HVPS的圖像拍攝、壓縮傳輸和記錄顯示方法也與2D-S相同。

圖4 HVPS探頭(a)及其激光光束(b)(摘自《HVPS英文技術(shù)手冊》)Fig.4 HVPS probe and its laser(Adopted from HVPS Technical Manual).

2.4 3V-CPI

如圖5所示，SPEC公司研發(fā)了3V-CPI來提高CPI的探測性能。圖5a、b為CPI外觀圖，它是一種可以捕捉到通過它的粒子的高分辨率圖像的大氣機載探測儀器，像素分辨率2.3μm，最高可探測200 m·s-1飛行速度的粒子。它提供了兩種相機幀速率：

2.0版本的閃爍速率為每秒74幀，2.5版本的圖像粒子速率高達每秒400幀。每一幀可以有超過25個粒子成像。CPI使用單光電二極管作為粒子檢測系統(tǒng)(the Parti?cle Detection System，PDS)，由于激光束強度的不均勻性和不可預(yù)測的小冰晶粒子的散射特性，使得其靈敏度和對于小于100μm粒子的探測效率存在問題，這導(dǎo)致了小于100μm粒子譜分布的不確定性。為了改善這一問題，SPEC公司將其2D-S探頭的光學(xué)和電子 元 件 集 成 到3V-CPI中，圖5c、d分 別 為CPI和3V-CPI的光電原理圖，其中3V-CPI的光學(xué)配置顯示，128光電二極管線性陣列取代了CPI的單光電二極管。3V-CPI實際上是一個集成了2D-S的每秒400幀的CPI。3V-CPI可以分為兩個基本部分：第一部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，安裝在機架式計算機機箱內(nèi)，通常安裝在探測飛機的機艙里；第二部分是傳感器頭(the Sensor Head，也稱為Pylon)，它位于飛機外部的機身或機翼上。

SPEC公司的3V-CPI官方說明書(英文版)上給出了它的探測原理：兩個完全相同的垂直于粒子流的正交光學(xué)通道，通道內(nèi)的激光器能產(chǎn)生一束大約1.3×50 mm的激光并從位于光學(xué)臂內(nèi)側(cè)的窗口之間通過，這束光被定向到一個由128個單元組成的線性陣列上，在采樣體積中像素可以達到10μm左右。其圖像拍攝、壓縮傳輸和記錄顯示方法也與2D-S相同。當(dāng)激光陣列在成像系統(tǒng)的目標(biāo)平面中探測到粒子時，將發(fā)射一個高功率的激光閃爍。CCD相機記錄粒子圖像，含有粒子的幀被發(fā)送到圖像處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在圖像中定位粒子，并切出目標(biāo)區(qū)域(regions of inter?est，ROI)進行顯示和記錄。GUI用于控制CCD相機的眾多參數(shù)。該成像系統(tǒng)采用了一個1 024×1 024像素的單色數(shù)碼相機，具有8位分辨率(256級)，有效像素為2.3μm。該相機每秒可以下載大約380幀(取決于探測粒子的濃度)，這使得該儀器可以把探測到的小云粒子快速成像。

圖5 CVI探頭(a)、3V-CPI探頭(b)以及CPI(c)、集成了2D-S的128個單元組成的線性陣列的CPI(d)光電原理圖(摘自SPEC公司網(wǎng)站)Fig.5(a)Schematic diagram of CPI and(b)3V-CPI electro-optics.(c)Photoelectric schematic diagram of CPI and(d)Optical schematic diagram of CPI for a linear array of 128 units integrated with 2D-S(Adopted from website of the SPEC).

3 基于SPEC系統(tǒng)的云物理研究進展

3.1 國外研究進展

Lawson博士主持研發(fā)了SPEC系統(tǒng)，多年來利用該系統(tǒng)進行了許多云物理相關(guān)方面的研究，并在研究過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題繼而提升SPEC系統(tǒng)的探測性能。在1992年1月15日—3月15日的第二次加拿大大西洋風(fēng)暴項目試驗(the second Canadian Atlantic Storms Program field experiment，CASP II)中，儀器第一次被搭載在飛機上并進行風(fēng)暴觀測，試驗觀測到了非常大的雪花，這與很強的雷達反射率以及地面觀測到的強降雪相一致(Lawson et al.，1993)。該儀器還給出強風(fēng)暴雪花發(fā)生發(fā)展的云物理特征，取得了良好的觀測效果(Lawson et al.，1993)。將該探測資料與MM5模式的對比研究(Lawson et al.，1998b)表明，模式與觀測到的結(jié)果相一致。在加拿大凍毛毛雨試驗中(the Canadian Freez?ing Drizzle Experiment)，CPI儀器被搭載在探測飛機上，獲取了毛毛雨滴和冰晶的圖像(Lawson et al.，1998a)。在ISCCP(the First International Satellite Cloud Climatol?ogy Project)的區(qū)域試驗FIRE ACE(Arctic Cloud Experi?ment)中，CPI在不同區(qū)域觀測到了小的過冷云滴、過冷毛毛雨(在-25℃)和霰粒子，并且發(fā)現(xiàn)在卷云中測量到的平均冰粒濃度是每升幾百到幾千個，比文獻中常見的 要 高 得 多(Lawson et al.，2001)。Lawson和Baker(2006a)利用CPI數(shù)據(jù)研究了冰粒子質(zhì)量和形狀的關(guān)系，增加冰粒子的寬度、面積和周長三個參數(shù)代替單一使用冰粒子長度計算冰粒子質(zhì)量的方法，使測量質(zhì)量的均方根誤差減少50%，且該方法不需要預(yù)先進行冰晶粒子分類。另外，研究還對波狀云和卷云進行了多架次探測，深入并細致分析了它們的云微物理特性(Baker and Lawson，2006；Lawson et al.，2006b)。

Lawson和Zuidema(2009)還將地面毫米波多普勒雷達與飛機探測資料進行對比，發(fā)現(xiàn)雷達反射率和飛機測量的微物理參數(shù)在全水和全冰的情況下具有一致性，然而在混合相態(tài)時一致性通常較差，并認為這是由于儀器平臺不同和反演參數(shù)算法兩種原因造成的，僅靠單波長雷達可能無法準(zhǔn)確地檢測出混合云中云滴和毛毛雨的微物理特性，特別是例如消光、反照率和光學(xué)厚度等輻射特性。2015年，他研究了熱帶積云中冰和降水發(fā)展的微物理過程，發(fā)現(xiàn)小冰粒子與大的過冷液滴(直徑數(shù)百微米至毫米)碰撞，產(chǎn)生了一種級聯(lián)過程，導(dǎo)致上升氣流中的水滴迅速冰化(Lawson et al.，2015)。經(jīng)過整理和分析，Lawson等(2019)對利用2D-S和CIP進行卷云中的冰粒子形狀的研究進行了綜合評述。

此外，還有很多科學(xué)工作者利用SPEC觀測數(shù)據(jù)開展了相關(guān)科學(xué)研究。Jensen等(2010)對熱帶對流層頂(TTL)卷云中的冰核和云微物理特性的飛機和遙感探測研究發(fā)現(xiàn)，極低溫度下TTL中卷云特性與基于均質(zhì)凍結(jié)假設(shè)的理論大體上不一致，TTL中幾乎無處不在的重力波，使得根據(jù)均質(zhì)成核理論進行的預(yù)測特別難以與測量結(jié)果相吻合，冰粒子數(shù)濃度遠低于理論預(yù)測的數(shù)值；冰晶的尺寸分布比理論預(yù)測的要廣得多；云的消散比理論預(yù)測的要低得多。Lance等(2011)對2008年4月在阿拉斯加北部進行的影響北極氣候的氣溶膠、輻射和云過程的航空觀測(Aircraft observations from the Aerosol,Radiation,and Cloud Processes affecting Arctic Climate，ARCPAC)研究發(fā)現(xiàn)，通過改變液滴的大小分布，云凝結(jié)核(CCN)濃度對于調(diào)節(jié)北極混合云中冰的形成具有很重要的作用。Wood等(2018)利用SPEC數(shù)據(jù)，將對流云中冰的濃度、譜分布和冰特性的變化作為溫度、高度和時間的方程，觀測看到冰粒子主要是小的準(zhǔn)球形，隨著溫度的降低，準(zhǔn)球狀的百分比增加，與準(zhǔn)球狀的冰粒子相比，多面形狀(柱狀、盤狀等)數(shù)量較少，且與溫度呈相反的相關(guān)性。Korolev等(2020)利用CIP數(shù)據(jù)研究小于100μm的典型尺寸的小面冰晶(六邊形板或柱)來重新確定了二次冰過程的產(chǎn)生機理。

3.2 國內(nèi)研究進展

我國最近幾年才開始引進SPEC探測儀器，開展的云物理相關(guān)研究工作相比國外要少，機載云探測仍主要以DMT儀器探測為主，但SPEC儀器已逐漸獲得應(yīng)用并得到了越來越多的關(guān)注。常祎等(2019)利用2014年夏季第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗(TI?PEX-Ⅲ)期間那曲地區(qū)的飛機探測SPEC數(shù)據(jù)對高原云微物理參數(shù)和特征進行統(tǒng)計分析，得到高原對流云的參數(shù)特征、垂直分布特征，并在此基礎(chǔ)上整體分析了高原云微物理特征及降水形成過程。黃鈺(2019)利用飛機搭載SPEC云探頭在降雪前進行垂直云探測，觀測了高空云體的液水、冰水分布情況以及不同高度粒子譜分布特征，研究了北京海坨山冬季降雪云系垂直結(jié)構(gòu)。亓鵬等(2019)利用SPEC和地面雷達觀測數(shù)據(jù)，研究了2017年5月22日一次典型穩(wěn)定性積層混合云的結(jié)構(gòu)特征，分析了WRF(Weather Research and Forecasting)模式對此次積層混合云的模擬效果，初步討論了太行山地形對其東麓地區(qū)云和降水的影響，孫玉穩(wěn)(2019)等也利用SPEC對這次探測的人工增雨作業(yè)條件進行了深入的分析研究。Zhao等(2020)利用2D-S等對南大洋上空MODIS和Himawari-8云微物理特性衛(wèi)星產(chǎn)品進行評估，發(fā)現(xiàn)與飛機探測結(jié)果相比，從MODIS得到的云滴有效半徑和數(shù)濃度分別增大了33%和2%，衛(wèi)星反演的云相態(tài)敏感性較差。汪洋等(2020)利用最新的SOCRATES(Southern Ocean Clouds Radiation Aerosol Transport Experimental Study)綜合飛機觀測2D-S等資料首次對南大洋地區(qū)層云和層積云中普遍存在的對流單體(GCs)進行了全面的宏觀結(jié)構(gòu)和微物理特征分析。劉香娥等(2020)利用3V-CPI等資料對一次積-層混合云系垂直結(jié)構(gòu)和降水機制進行了分析研究。Xiao等(2019)利用CPI數(shù)據(jù)，研究提出了一種冰晶分類模型TL-ResNet152，對冰晶進行分類，結(jié)果表明TL-ResNet152模型在冰晶分類中能夠達到96%的準(zhǔn)確率，比傳統(tǒng)分類方法的準(zhǔn)確率高得多。

4 總結(jié)與討論

本文在綜合介紹我國機載云探測系統(tǒng)的發(fā)展歷程、應(yīng)用情況和優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，對新一代機載云探測系統(tǒng)SPEC的系統(tǒng)組成、探測原理、探測方法和探測范圍等進行了詳細說明，并探討了近些年國內(nèi)外相關(guān)研究進展。

(1)隨著科學(xué)研究人員對云探測精細程度、準(zhǔn)確度的要求日益提高，以往使用的PMS等云探測系統(tǒng)已無法滿足一些科學(xué)試驗的需求。

(2)SPEC與很多其它云探測系統(tǒng)相比具有很大的探測優(yōu)勢。它分辨率高，配有128個二極管，是DMT的2倍、PMS的4倍，且保留了單個粒子的電信號。這雖然使得數(shù)據(jù)量很大，但為后續(xù)的質(zhì)控帶來方便，這對于云物理研究是非常重要的環(huán)節(jié)。

(3)國外研發(fā)并應(yīng)用SPEC系統(tǒng)已有幾十年的時間，而我國僅僅于近些年引進并應(yīng)用，但現(xiàn)在越來越多的科學(xué)工作者開始使用這套系統(tǒng)，從而使對云物理的理解更加深入。

需要指出的是，盡管SPEC系統(tǒng)具有很強的探測能力，但仍有缺點，例如CPI為了獲取高清圖像而使采樣空間較小的問題。針對SPEC系統(tǒng)可能存在的問題，學(xué)術(shù)界仍需更深入地研究中加以解決。