研制了一套935 nm水汽探测差分吸收激光雷达（DIAL）系统。种子注入的环形腔光参量振荡器，在窄线宽脉冲激光的抽运下，通过Ramp-Hold-Fire方法锁定光参量振荡器谐振腔，产生脉冲能量为45 mJ、波长为935 nm、重复频率为10 Hz、脉冲持续时间为6 ns的窄线宽、波长稳定的脉冲激光。接收望远镜直径为305 mm，使用雪崩光电二极管作为探测器，以935.776 nm作为探测光波长（λon）、935.860 nm作为参考光波长(λoff)进行了地基垂直差分探测实验，获得了上海地区对流边界层水汽浓度廓线。数据时间分辨率为60 s，距离分辨率为30 m，在高度600 m至对流边界层顶的范围内，水汽浓度昼夜有效测量误差小于0.1 g/m3，将DIAL数据与附近气象观测站无线电探空仪数据进行对比，结果证实了DIAL数据的有效性。

利用对流水槽成功模拟热力非均匀下垫面对流边界层的发生发展。仿照数值模拟中常用的马赛克方法在对流水 槽的底部铺了一些导热率缓慢的材料(橡胶薄板),使下垫面的加热存在差异,进而产生非均匀加热。利用温 度廓线和准直光系统共同决定边界层顶部的位置和对流速度尺度。采用PTV测量技术获得高精度的二维流场,看到 流场具有复杂的空间结构和尺度特征。相对于均匀下垫面来说,底部的非均匀加热使得混合层湍流的组织性得到加 强,具有稳定的环流结构。非均匀下垫面对流边界层的方差随高度的变化曲线与均匀下垫面的特征明显不同。 为了分析非均匀下垫面对流边界层的环流特征和水平输送对湍流变化的贡献,计算了湍流动能的湍流输 送。计算结果表明,加热开始不久,由于不同下垫面的的温差较大,水平输送也较大;而当一段时间后,温 差变小,水平输送也变小了。由此可以看出非均匀下垫面对流边界层的水平输送依赖于下垫面的非均匀强度。

利用对流水槽,通过在底面设置马赛克状隔热覆盖物,模拟热力非均匀下垫面对流边界层的发生发展。在对流边界 层发展的同时,利用温度廓线测量仪器分别测量不同下垫面的温度廓线,获取不同时刻温度场的数据,由此计算 了热通量廓线。结果表明,非均匀下垫面对流边界层的归一化热通量随高度表现出非线性特征,即具有上凸和 下凹的特征。上凸和下凹特征随时间出现振荡,这明显不同于均匀下垫面的情形。从热通量等值线图上可以看 出,总体平均的热通量廓线振荡较小,局地热通量廓线振荡较大,而且下垫面未覆盖区域的热通量廓线比覆盖区 域振荡的频率更高、振幅更大。这表明,非均匀下垫面条件下的对流边界层和均匀下垫面条件下的对流边界层 的湍流结构有很大的不同。热力非均匀下垫面湍流特征呈现出一些均匀下垫面所没有的物理特性。在均匀下 垫面得到的边界层的参数化规律不能简单地用于热力非均匀下垫面的对流边界层发展过程。水槽模拟的结果 可以为数值模拟和野外观测提供有益的参考。

介绍了一套自行研制的室内模拟湍流系统。通过加热以及制冷手段控制水槽的顶部和底部温度，模拟暖空气均匀越过冷空气表面条件下的稳定边界层(SBL)温度场结构特征，以及平坦下垫面均匀加热条件下的对流边界层(CBL)温度场结构特征，并测量两种情况下的平均温度和热通量垂直廓线，分析对流混合层发展的演变过程。结果表明，模拟SBL和CBL的温度场结构与大气边界层的温度场结构观测结果符合较好。

大气对流边界层室内模拟是大气边界层研究的一种常用手段.利用室内对流水槽(150cm×150cm×60cm)模拟了大气对流边界层,以实验获取的平均温度廓线数据和光斑图像为基础对夹卷通量进行了参数化研究.通过分析由光斑图像得到的折射率结构常数廓线获取边界层的结构,然后通过平均温度廓线计算下垫面和混合层顶的热通量.从而计算夹卷通量参数化结果,并以此对理想模型下的边界层发展进行了计算,其结果与水槽模拟的情况较一致.

利用湍流池模拟大气对流边界层的光传输,同时测量了到达角起伏和光路上的温度脉动。结果表明,在混合层的上部,对数温度谱偏陡,和大气中的观测结果一致,到达角起伏谱也偏陡,但到达角起伏谱曲线反映了湍流在小尺度范围内具有各向同性的特征,此时利用温度脉动方法得到的折射率结构常数小;当边界层顶部逆温层消失,发展为完全对流状态时,温度谱幂率等于"-5/3",到达角起伏谱幂率等于"-8/3",两种方法测量得到的折射率结构常数一致。