运用一种新型边界层气溶胶监测激光雷达,在北京丰台区进行了外场实验,探讨了大气边界层内气溶胶消光系数时空分布的特点.实验结果表明:1)冬季北京城区气溶胶源多且变化快;2)北京城区气溶胶污染白天比晚上严重,中午达到顶峰;3)气象条件对气溶胶的扩散和分布影响很大.实验结论对北京城区的环境治理具有较高的参考价值.

对L625差分吸收激光雷达2001年的臭氧观测数据进行了处理和分析,观测结果表明:合肥上空高度5～45 km区间,臭氧厚度0.264×10-5 km,峰值高度海拔24.9 km,峰值大小4.3677×1012 cm-3.不同高度的臭氧数密度具有明显的季节特征,35 km、30 km和25 km高度的臭氧数密度变化特征表现为夏季数密度高,冬季数密度低.20 km、15 km和10 km高度的臭氧数密度的变化特征表现为冬春季数密度高,秋季数密度低.臭氧层峰值高度夏秋季高,冬春季低.

介绍了双光栅转动拉曼激光雷达的双光栅单色仪结构,并推导了相应的雷达公式.利用该公式把双光栅单色仪带宽对雷达反演温度带来的影响,简单地转化成双光栅单色仪带宽内包含的转动拉曼谱线对雷达反演温度带来的影响,结果表明多谱线比值反演的温度小于单谱线反演的温度,最大误差达13 K.

对采用光波波段测量大气湍流强度廓线的湍流廓线激光雷达进行了研究.介绍了湍流廓线激光雷达控制系统的设计和实现,运用Visual C++语言编写软件,通过单片机实现了对像增强器、发射望远镜和接收望远镜焦距的有效调节,实现了基于NT平台下的端口操作.

介绍了一种基于单片机的大气参数多路采集系统的设计方法.在高精度超声测风系统上增加一个采集模块,通过RS-485由计算机完成各测量点温度、湿度、风速、风向和大气折射率常数C2n的控制采集和数据传输.

室温工作的连续可调谐相干光源在痕量气体检测技术中有着重要应用价值,非线性差频产生方法是获得室温工作的中红外相干光源的有效途径,是对传统激光光源的重要补充.研究了基于准相位匹配技术的差频产生基本原理和PPLN晶体的温度调谐特性;以甲醛为检测目标气体,研究了基于差频产生的大气甲醛中红外高灵敏探测系统组成,采用光通信波段半导体激光器和掺镱光纤激光器作为信号和泵浦激光,通过PPLN晶体的非线性差频过程实现3.53 μm差频输出.系统具有室温工作、全光纤耦合、结构紧凑的特点,能够满足大气痕量气体实时在线检测的需要.

介绍了差分吸收光谱(DOAS)技术在气溶胶监测领域的应用.在研究、分析国外学者的研究基础上,提出采用单光路法并结合大气在550 nm处的能见度校准的方法测量气溶胶消光系数的研究计划.通过实验验证,该方法成功解析出大气气溶胶消光系数.

在乙炔燃烧火焰中,OH的紫外发射谱在306.417 nm与306.821 nm处的发射峰(G0,G1)对温度变化非常敏感,通过分析OH发射谱特征能够获取关于火焰温度的信息.利用HITRAN提供的分子光谱数据库,模拟计算了OH在1000～3000K温度范围的发射光谱,分析了发射峰强度随温度变化的规律,得到温度与强度的经验关系式.测量了乙炔燃烧火焰的紫外辐射光谱,计算出乙炔燃烧火焰的温度.

开发了基于高灵敏度电离室检测技术的通用型光离子化检测器.对光离子化检测器的核心部分进行了分析与设计,着重阐述了系统设计的原则、结构及特性.利用配制的标准气体和PID检测仪进行联测优化和线性度测量,并给出了仪器实验性能的实例.证明了该光离子化检测系统的确能够检测特定极低浓度的有机化合物,并且可以区分不同梯度的同种样品.

实验研究了近红外二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿瓦斯气体安全探测中的应用.基于TDLAS的自平衡二次谐波探测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响,特殊设计的气体吸收池能有效抑制光学干涉条纹,从而降低检测限.实验中吸收池长10 cm,充有10300 ppm的甲烷气体,检测限低于6.5 ppm.这种方法不需使用多次反射池,光路调节简单,能适应煤矿中甲烷气体的监测.

卫星遥感器绝对辐射定标系数的有效性检验,是对卫星遥感精度进行全面评价的最有效手段之一.利用绝对辐射定标系数反演反射率值与实测值对比的方法,对CBERS-2 CCD相机绝对辐射定标结果进行了有效性检验与误差分析,根据分析结果对CCD相机4个波段的绝对辐射定标系数作出了客观的评价.验证表明,两点法获得的CCD相机定标系数可靠,定标效果较好,而单点法获得的定标系数对CCD相机不适用.

针对像增强器老化特性检测所需要的色温稳定、低照度照明、照度在几个数量级内可调、均匀性好、稳定性高的漫射光源,进行了方案设计.主要包括光源和控制两部分:光源部分采用了积分球,在对积分球相关理论分析的基础上,自主设计了积分球,通过光度学的正反推算,从理论上充分证明了该部分的设计能够满足用户要求,完成光路设计.以51单片机为核心的控制部分,采用本地控制和远程串口控制两种方式,实现对光源的通电、断电、预冷和预热的控制等,远程控制采用RS232串口实现与PC机通信.且设计实现了对像增强器处检测照度的监控,保证检测照度稳定.

研究了几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏.分三种模型:平面波、球面波和高斯光束,Tatarskii给出了平面波的结果,本文进一步给出了球面波和高斯光束的结果.对于平面波和球面波,考虑了在几何光学近似区,发射端的相位扰动如何影响接收端的幅度起伏;对于高斯光束,考虑了发射端自适应光学共轭相位对接收端的幅度起伏的影响.结论是:对于平面波,只有折射率不均匀媒质的相位起伏的曲率项对幅度起伏有贡献,只有发射端的相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于球面波,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,只有发射端相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于高斯光束,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,发射端的自适应光学共轭相位的倾斜项和曲率项共同作用于总体的幅度起伏.

采用三维超声风速仪测量了近海边三维风速和虚温数据.谱分析表明:近海边近地层湍流基本满足局地均匀各向同性的假定.提出了一种确定谱幂率的方法-连续滑动线性回归法,对利用此法算出的风速谱谱幂率和温度谱谱幂率进行统计分析发现,风速谱谱幂率概率分布于以"-5/3"为中心的置信区间内,基本上满足Komogorov的"-5/3"定律;而温度谱幂率的概率分布则偏离"-5/3".结合层结稳定度分析发现:在稳定层结下,44.3%的温度谱幂率满足"-5/3";在不稳定层结下,16.1%的谱幂率满足"-5/3".据此认为,大气层结状态可能是造成温度谱幂率偏离"-5/3"的主要原因.

大气折射率结构常数Cn2是表示大气光学湍流强度的重要参数.利用QHTP-2型温度脉动探空仪对C2n进行了实地探测,通过对大量探空实验数据的统计分析得出了合肥地区0～35km高度C2n分布廓线和日变化特性,对合肥地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,研究结果为进一步进行湍流特征和大气性质的遥感探测及实际激光工程应用提供了有意义的参考.

逐线积分辐射传输模式(LBLRTM)是国际上公认的精确辐射传输算法,它高分辨率、高精度地计算大气光谱透过率、大气辐射量和大气加热率.到目前为止,LBLRTM只能在工作站的操作系统(如UNIX,LINUX,OS 等)上运行,还没有出现在PC机Windows操作系统上运行的版本.尝试了将LBLRTM从工作站的LINUX系统移植到PC机Windows操作系统上,介绍了在移植过程中代码调试时所遇到的问题及解决办法.通过在PC机Windows系统下运行的结果和在工作站LINUX操作系统下运行的结果,以及计算结果和实际测量数据的比较,证明了移植是成功的.