为了研究海洋大气气溶胶不同模态的光学特性，基于球形粒子的Mie散射理论，综合运用能见度仪、自动气象站、光学粒子计数器（OPC）以及腔衰减相移式单散射反照率监测仪（CAPS）等设备，对广东茂名地区近海海域的大气气溶胶进行粗、细模态分类以及复折射率反演和研究。反演结果表明，在530 nm处，细模态气溶胶复折射率在相对湿度大于55%时约为1.35（±0.01）?0.019（±0.003）i，在相对湿度小于55%时约为1.37（±0.02）?0.020（±0.003）i；粗模态气溶胶复折射率在相对湿度大于55%时约为1.4?0.004（±0.002）i，在相对湿度小于55%时约为1.48（±0.02）?0.005（±0.002）i。不同模态的气溶胶粒子折射率差异明显，该结论对研究海洋气溶胶气候效应具有一定的参考价值，同时对建立茂名地区海域气溶胶模型具有重要意义。

利用三波长偏振激光雷达和气溶胶在线监测仪器的协同观测，获取了2021年1月14日—16日寿县国家气候观象台一次沙尘过程气溶胶垂直分布、粒子数浓度、质量浓度、散射特性和能见度观测数据，并结合常规地面气象观测资料，分析了沙尘过程气溶胶微物理、光学特性及垂直分布的阶段性演变特征。结果表明：沙尘过境期间气溶胶粒子总数浓度峰值为5431 cm^-3，PM₁₀质量浓度峰值为447.2 μg/m³，PM_2.5和PM₁₀的质量浓度比为0.43±0.10。沙尘、霾和晴空阶段下的气溶胶谱分布均可表示为2个细粒模和1个粗粒模的叠加，沙尘阶段气溶胶粒子数显著高于晴空和霾阶段，2个细粒模的粒子几何平均半径基本一致，在粗粒模中，沙尘阶段的粒子几何平均半径为2.24 μm，明显大于晴空阶段的1.74 μm和霾阶段的1.79 μm。沙尘阶段气溶胶总散射系数平均值大于霾阶段和晴空阶段，其后向散射比较小，空气中以较大的沙尘粒子为主。3个波长的气溶胶消光系数垂直分布变化趋势基本一致，沙尘阶段气溶胶层高度扩展至近地面3.0 km，退偏振比基本大于0.1，Angstr?m指数在0.1~0.4范围。

为了研究雷达高度表相对于地面运动时天线主瓣照射区内多普勒谱分布规律，建立了大地回波宽多普勒带模型，利用基于等多普勒带、等距离环的网格映像法将波束照射区划分为若干矩形散射网格，采用等多普勒带内各矩形网格回波功率叠加的方法对回波多普勒功率谱进行仿真，克服了基于极坐标积分法计算繁琐且不利于后续工程实现的缺点，仿真结果与理论值相符，表明模型合理，最后分析得出了雷达高度表在不同高度及速度下多普勒谱分布规律，为后续雷达高度表的回波模拟提供了理论支撑。

近年来, 基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪被广泛用于 3 nm 以下气溶胶颗粒物的粒径谱测量, 探究比较这些仪器的性能对于粒径谱的准确测量有着重要的意义。对基于二甘醇的扫描电迁移率粒径谱仪 (DEG-SMPS) 和颗粒物粒径放大器 (PSM) 进行了比较研究。在实验室标定过程中, 为让 PSM 获得更可靠的数据, 建议尽可能将标定范围设定至大于 4 nm, 以减少 3 nm 以上的颗粒物在数据反演过程中的影响, 还可以增加 PSM 数据反演的粒径范围。研究表明, PSM 和 DEG-SMPS 在测量小于 3 nm 的颗粒物数浓度时, 结果较为一致。在外场观测的每个新粒子生成天, 这两种仪器之间的数浓度相关性均很好 (r2> 0.75)。但 PSM 与 DEG-SMPS 总数浓度比值的斜率在 1.4 到 4.5 之间变化, 推测可能是由于新粒子生成的颗粒物化学组分的不同导致的。此外, 一些不可忽略的不确定因素, 如两台仪器标定检测效率所产生的不确定度以及 DEG-SMPS 使颗粒物带电时荷电效率的不确定度等, 也可能导致该比对结果的差异。由于 DEG-SMPS 使用静电气溶胶分级器 (DMA) 对颗粒物的粒径进行区分, 而 PSM 是通过改变二甘醇的过饱和度以激活不同粒径的颗粒物, 进而通过数据反演来对粒径进行区分, 因此 DEG-SMPS 的粒径分辨率比 PSM 要高。但 PSM 在低颗粒物数浓度的环境中表现更好, 包括一些较弱的新粒子生成天, 这是因为 PSM 不需要使颗粒物带电, 从而避免了 3 nm 以下颗粒物的极低的荷电效率的问题。因此相比于 DEG-SMPS, PSM 不容易受到凝聚核粒子计数器 (CPC) 的计数误差带来的影响。总的来说, PSM 和 DEG-SMPS 都足以用于测量 3 nm 以下颗粒物的粒径谱分布, 有助于更好地进行新粒子生成过程的研究, 结果中仍然存在的部分不可忽略的不确定性问题需要在未来的研究中进一步解决。

研究雾中红外辐射衰减特性, 有助于提高**装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数, 计算雾滴粒子群红外辐射透过率, 对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1.064 μm、中红外辐射3.8 μm和远红外辐射10.6 μm在轻雾条件下为例, 结合3个地区实测数据, 分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下, 辐射雾衰减小于平流雾衰减, 远红外辐射10.6 μm具有很好的传输性能, 地区气象参数不同对其有显著影响。

用来描述降水粒子数浓度随粒子尺度变化函数的雨滴谱, 是降水最基本的微物理特征量, 利用雨滴谱信息可以更清楚地认识自然降水的发展演变过程。 从雨滴在矩形光束中的相对位置出发, 理论分析了不同尺寸条件下矩形光束透射强度随粒径的变化, 结果显示矩形光束的透过率与雨滴尺寸具有很好的线性关系; 数值模拟了不同粒径、 不同降落速度下雨滴在矩形光束中的渡越时间。 并指出利用测量的雨滴粒子大小和下落时间就可获得降水类型(毛毛雨、 普雨、 降雪、 降霰、 冰雹以及混合型降水)、 降水强度、 降水量和粒子波谱(在体积波谱上的粒子分布)等信息。

为了研究典型地区大气气溶胶的谱分布和复折射率的特性, 综合运用了黑碳仪、能见度仪、积分浊度仪以及光学粒子计数器等仪器对大气气溶胶进行测量。根据球形粒子的Mie散射理论, 利用各仪器测量的数据反演得到气溶胶复折射率, 并分析了各个地区的粒子谱分布特征, 消光系数和吸收系数随波长的变化关系。结果表明, 新疆地区、天津地区、厦门地区及合肥地区的大气气溶胶折射率实部nr都在1.5左右,虚部ni分别为0.01、0.017、0.008和0.016。新疆地区的数浓度谱分布可以用Junge分布来描述, 天津地区、合肥地区和厦门地区数浓度谱分布可以用Junge分布和对数正态分布来共同描述。最后还对四地区气溶胶消光和吸收特性随波长的变化关系进行描述, 这对于研究气溶胶气候效应具有一定的参考价值。

为了研究降雨对近红外辐射的衰减,定量评估降雨对近红外设备的影响,在雨滴谱分布二元函数模型建立的基础上,提出了一种雨滴谱分布数据库的建立方法,对LAWS和PARSONS在美国华盛顿地区测量的雨滴谱分布数据进行拟合,建立雨滴谱分布数据库。基于雨滴谱分布数据库,结合米散射理论和衰减系数公式,得到了1μm,2μm和3μm波长近红外辐射的消光效率因子与雨滴直径的关系曲线,并计算了在降雨量分别为0.25mm/h,1.25mm/h,2.5mm/h,12.5mm/h,25mm/h和50mm/h条件下的近红外辐射衰减系数。结果表明,不同降雨量条件下,对于雨滴谱分布的函数关系式,正态分布具有更好的拟合效果; 消光效率曲线的包络线随波长的增大而增大;拟合衰减系数和降雨强度的函数关系发现,指数函数具有很好的拟合效果。该计算结果对研究降雨对近红外辐射的衰减具有重要意义。