报道了以高分辨力连续可调谐中红外差频激光为探测光源，结合可调长光程怀特池，利用直接吸收的方法探测了CO 2的10011←10002带R支以及部分P支在室温下的水汽加宽吸收光谱。在2 422 cm－1到2 457 cm－1范围内共有26条吸收谱线被探测到，采用Voigt线型对吸收谱线进行拟合，得到了CO 2光谱的水汽加宽系数，结果显示CO 2的水汽加宽系数平均比干燥空气的加宽系数大52%。利用实验测得的CO 2的水汽加宽系数与HITRAN04数据库中CO 2谱线的线位置、线强和干燥的空气加宽系数进行比较，分析了在实际大气中(海平面，10 km光程)不存在水汽和存在水汽(含有2.0 kPa水汽)时该波段CO 2的大气透过率，结果表明潮湿空气与干燥空气之间的最大透过率差约为0.5‰。

稳定同位素比值的测量在地质学、气象学和地球科学的研究中具有重要的应用价值。水汽同位素丰度的测量对理解与干旱相关的同温层大气科学具有重要的意义。水汽分子在2.7μm 附近具有较强的吸收,适宜于高灵敏度光谱的测量。文章报道了利用差频技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phasematching),将调谐范围在750～840nm 之间的连续可调谐钛宝石激光器和单频连续的Nd∶YAG激光器,耦合到周期性极化铌酸锂非线性光学晶体中,产生2.5～4μm 波段的中红外可调谐激光。选择周期为20μm 的PPLN晶体,产生2.7μm 附近的中红外差频激光,利用差频产生的中红外激光光源,具有窄线宽、宽调谐等优点。结合光程为100m 的Herriott型多通吸收池,采用直接吸收光谱方法测量了实验室大气中的水汽分子同位素,得到了同位素比值R及¹⁷O,¹⁸O,D的丰度值毮,实验所测R值与国际标准具有很好的一致性。

大气的光学性质决定了大气辐射平衡；各种先进光电技术的应用场景绝大部分都位于地球大气层内或通过大气路径，相关光电系统的功能受到大气光学特性不同程度的影响。大气光学特性(包括地表的光学特性和天空背景辐射特性)是光波在大气中传播和大气辐射传输研究必需的基础物理性质，在气象、气候和天文观测等基础和应用研究以及自适应光学技术、自由空间光通讯等光电工程应用中具有十分重要的作用。中国的自然环境十分复杂，相应的大气光学特性不能简单的套用国际上其它地区的模式。应进行中国大气光学特性的区域划分，在各个典型地区进行大气光学特性的系统测量和数据分析，对有关大量气象和大气光学特性观测资料进行分析研究，获得各典型地区大气光学特性的统计特征，建立可用于辐射大气传输、光波大气传播研究、光电系统分析与设计等的我国各个典型地区的大气光学特性的统计平均模式，研制光辐射大气传输及其光电应用软件包。

大气折射率结构常数随高度和时间变化较大,在研究光学湍流统计模式时,不同的统计方法对应统计模式的结果有一定的差别,这个差别会对模式的实际应用产生影响.从大气光学湍流的时空变化特征出发,得出大气光学湍流基本满足对数正态分布的结论,讨论了算术平均和对数平均在平均结果上的不同,研究了二者平均结果的关系,进一步研究了不同的平均方法对计算大气相干长度带来的影响.

采用窄线宽二极管激光器与1 km的怀特池相结合来提高光谱探测灵敏度,最小可探测谱线吸收强度为10-27 cm-1/(molecule·cm-2)。根据记录的光谱数据精确计算出7599～7616 cm-1波段内水汽分子的谱线强度、自加宽系数和氮气加宽系数,实验结果与HITRAN96和HITRAN2004数据库进行了比较,存在一些差异。测量的谱线参量与HITRAN96相接近,与HITRAN2004相差较大,有7条HITRAN96中没有的新谱线被观测,有5条在HITRAN2004数据库中被证实,另外观测到2条谱线在HITRAN96中被列出,而在HITRAN2004没有给出。

根据近红外可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)和波长调制光谱技术(WMS)的原理,设计了一套可调谐近红外二极管激光光谱仪,在实验室结合长程吸收池,对各种浓度的CO2进行了测量.测量结果表明,在170 m吸收程时,可以探测压力为1.9995 Pa的CO2,比原来的实验结果有很大提高.

在使用温度脉动仪测量温度结构常数时,平均时间长度的选择会影响其测量结果.通过实际测量数据的分析和讨论,确定平均时间应该为10s左右,以得到真实可靠的结构常数.由于温度脉动仪在测量时会受到各种因素的影响,为了筛选掉不可靠的测量结果,提出了一种用温度脉动原始数据来对测量结果进行筛选的方法.该方法首先排除了实验纪录中的错误测量数据,其次对于异常的实验数据,如某一层结构常数数据的异常偏大或偏小,需要根据双点温差原始数据的频谱分析来确认数据是否正常,以进一步排除异常的测量结果,尽可能保证用以统计分析的数据真实可靠.

用两种方法获得有限高度斜程大气相干长度.一种方法用安置在测量铁塔上的温度脉动仪以及多普勒声雷达测量了大气边界层下部折射率结构常数廓线,用以计算有限高度球面波斜程大气相干长度;另一种方法用系留气球搭载一个点光源,在地面用差分光学系统接收球面波到达角起伏法测量了实时斜程大气相干长度.对实验结果进行了比较和分析,二者都反映了实际大气斜程相干长度的时间变化特点.两种方法结果的相关性比较好,因此两种方法都可以在大气光学传输研究中应用.最后在实验的基础上对湍流廓线计算球面波斜程大气相干长度作了讨论.

介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法,阐述了一种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构,经过长期昼夜观测分析得知:整层大气湍流强度有随时间变化的趋势,这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合,即在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值.

碘激光波长处在大气微窗口,水汽分子的吸收是碘激光在大气中传输时衰减的主要原因。利用HITRAN数据库,计算了碘激光波长模式的大气衰减情况。利用高分辨率光谱实验系统,获得了1.315 μm附近的谱线参量。在我国,由南向北,由夏到冬,水汽浓度逐渐减少,水汽分子的吸收率递减。碘激光有6条超精细谱线,单一最强线频率的碘激光的大气分子吸收比多谱线的碘激光小,更有利于大气传输。在中纬度夏季,单一最强线垂直向上全程的大气分子吸收率与多谱线碘激光水平传输1 km相当,为9.0 %。碘激光垂直向上传输比海平面水平传输受大气影响小。