为研究中层 -平流层-对流层(MST)雷达在对流层高度上的回波机制，利用特殊天气条件(切断低压)下的雷达回波功率、风场，采用 Lomb-Scargle谱分析、谐波拟合、Richardson数等方法分析对流层上部出现回波功率异常的现象。结果表明，在切断低压的天气条件下，急流和深对流造成持续存在的重力波源，重力波由下至上传播至对流层顶下方并发生饱和破碎，能量耗散在大气中，破坏了大气的静力稳定，形成 K-H不稳定层，进而发展为湍流，使对流层区域出现雷达回波功率增强。

探测和研究大气风场是认知中高层大气结构的最重要的手段之一，其中流星雷达是一种非常好的观测大气风场的手段。为了更好地了解中纬中间层-低热层(MLT)区域大气风场的特征，本文利用 2016年北京流星雷达反演的风场数据进行研究。首先研究了大气平均风场随时间和高度的变化特征，得出 1~3月北京上空 MLT区域的纬向风均以西风为主，经向风南风与北风交替显著，但仍以北风为主导的结论。继而对于 90 km处的大气潮汐波进行研究，通过 Lomb-Scargle功率谱方法和谐波拟合得出了大气潮汐随时间的变动规律，即中纬地区大气水平风场受到的潮汐波影响以半日潮汐为主、周日潮汐次之。

温度是影响光源稳定性的重要因素,温度变化会引起光源参数的改变,进而影响光源视觉与非视觉效应。基于三种光谱模型确定单通道光源的光谱参数与热沉温度的关系,建立多LED混光光源的温度光谱模型,并对RGBY四色LED混光光源(本文采用D50光源和D65光源)进行温度实验,结果表明,温度光谱模型中不同热沉温度下光源光谱与实测光谱基本一致,两者光源参数最大相对误差不超过6.15%,验证了该模型的可靠性。针对温度引起的光源参数(照度、色温、生理节律因子)变化问题,基于温度光谱模型采用差分进化算法实时确定脉宽调制控制系统中各通道的补偿权重,根据热沉温度对权重的反馈实现光源参数补偿。本研究可应用到多LED混光光源的动态设计及光源温度稳定性控制当中。

提出了一种基于非视觉和视觉效应的光谱重构解决方案,以实现健康照明的理念。建立了四通道光谱重构计算模型,利用该模型根据生理节律因子、色品坐标和照度直接求解脉冲宽度调制的占空比。设计了一种可远程控制的光谱可重构的发光二极管光源,用以实验验证。讨论了生理节律因子和显色性指数的可调谐性,为相关参数的选择提供了理论指导。实验结果表明,测量值与理论值之间的相对误差较小。此外,计算模型能够指导同一色品坐标上的光谱重构,以实现生理节律因子和显色性指数的调控。因此,计算模型能良好地指导光谱重构。该研究为下一代健康照明光源的设计提供了有益参考。

针对市场上三款常见的不同材质的手机屏幕(LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED), 在黑暗中、屏幕距离瞳孔15 cm处4种不同色温的条件下, 研究不同手机对青少年生理节律和蓝光危害的影响。在充分考虑年龄、人眼受光面积、透射率的情况下, 改进传统计算蓝光危害因子的公式, 并计算节律因子和蓝光危害因子。结果表明, 不管何种手机, 节律因子和蓝光危害因子都随色温升高而增大, 并且均呈现出良好的线性关系。在7 425~9 201 K色温下, 节律因子由大到小依次为: OLED＞SUPER AMOLED＞LED背光LCD; 而蓝光危害因子由大到小依次为: LED背光LCD＞SUPER AMOLED＞OLED, 由此可以根据不同需求, 选择相对更健康合适的手机。

针对光生物效应重要性及复杂性问题, 提出一种生物节律因子的调光计算方法。给定三通道LED工作在额定条件下的光谱分布就能够实现任意比例的混合光源的照度、相关色温、节律因子的便捷计算。实验选用三种色温白光LED组成三通道光源, 基于脉冲宽度调制(PWM)原理进行三通道分时调光。在某一照明测试空间距离下, 先测得单通道独立工作时的光谱分布, 并通过调光计算方法得到三通道在任意比例下混合光源的理论照度、相关色温、节律因子; 再测得三通道光源在不同混合比例下的实际照度、相关色温与节律因子。然后将理论与实际计算所得的照度、相关色温、节律因子进行比较, 并分析误差。实验结果表明,照度、相关色温、节律因子的多条拟合直线与调光计算式所描述直线的斜率差异分别在6%、2%、3%以下, 截距差异分别在2%、5%、3%以下。用显著性差异检验来检验实际节律因子与理论计算所得节律因子的正态分布特性, 结果显示并无明显差异, 表明在给定各LED光源光谱分布的情况下, 调光计算方法不用通过测量混合光源光谱分布, 便能快速有效地计算出混合光源照度、相关色温、节律因子。

研究了照明光环境对不同年龄人群的光生物效应定量评价方式。从光照转换角度提出了一种考虑不同年龄人眼透射谱、瞳孔直径以及受光面积的节律因子模型, 选取3种不同色温（3 000, 4 000, 6 000 K）的白光LED光源, 在同种照度500 lx下实验测试其光谱分布, 并对提出的节律因子进行计算, 与之前标准中考虑年龄的修正因子方式进行了线性拟合对比分析。结果表明：在相同色温下, 随着年龄的增大, 节律因子值逐渐减少; 而对于相同年龄, 随着色温的增大, 节律因子是变大的, 此种规律与其他研究人员得出的实验结论一致。从线性拟合相关度上来看, 三种色温下两种考虑年龄的节律因子的直线相关度分别为0.958 08, 0.958 33, 0.957 22, 具有较高的相关性。较之于标准中的考虑透光谱方式, 本文提出了另外一种考虑不同年龄人眼差异的光生物效应评价方式, 尝试对人眼模型的透射谱进行绝对而不是相对效应的考虑方式。

基于瞳孔收缩分析研究低照度LED光对人的非视觉效应。选择10名受测者、6种彩光LED和5种低照度, 进行瞳孔受光反射实验; 实验全程用红外视频记录仪拍摄, 由基于OpenCV开发的程序完成瞳孔大小的计算。结果显示: 在同一照度水平下, 蓝光波段光源非视觉效应最为显著, 瞳孔稳定收缩率和恢复收缩率随着光源波长向短波方向偏移而增大; 在同一光源下, 瞳孔稳定收缩率与恢复收缩率随照度加强而增大, 并且在10~70 lx间两瞳孔收缩率存在线性相关, 相关系数均大于0.95; 两瞳孔收缩率分别与生物节律因子存在线性相关, 表明用瞳孔收缩率能较好表征非视觉生物效应的大小。

分别采用模拟调光和PWM调光方式实现LED光调节。采用生理参数法, 以在校大学生为研究对象, 选择3种色温(3 000, 5 600, 6 500 K)LED光源, 在3种照度(300, 500, 800 lx)水平下, 对8名(5男, 3女)受测者在实验前后的脉搏和瞳孔进行测量。选择同样3种色温LED光源, 分别采用两种调光方式添加蓝光(464 nm, 20 lx)实现300 lx的照明环境, 对12名(8男, 4女)受测者在实验前后的脉搏和瞳孔进行测量。结果表明: 两种调光方式实现的LED光环境对人体脉搏变化率和瞳孔收缩率的影响均没有显著性差异; 在测试照明环境中添加蓝光, 可引起人体脉搏变化率和瞳孔收缩率增大, 峰值处分别增加约6%和9%。