大气探测激光雷达具有可提供高时空分辨率、高探测精度和连续廓线数据的优势,已经成为大气探测强有力的工具。 激光雷达按照探测技术可以分为米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼激光雷达、差分吸收激光雷达、 高光谱分辨率激光雷达、瑞利散射激光雷达、共振荧光激光雷达和多普勒激光雷达等。分别介绍了各类激光雷达探测的基本原理、 发展历史及优缺点,及其在探测大气气溶胶和云、水汽、温度、风、痕量气体、温室气体和污染气体等方面的应用。最后进行总结,并对激光雷达技术发展趋势进行了展望。

水汽连续吸收广泛存在于红外波段,对于地球辐射平衡和遥感探测有着重要的意义。一般水汽连续吸收的研究大多处于中红外窗口区域, 而在吸收谱带内和近红外窗口区域的研究较少。目前,水汽连续吸收的机理仍然是一个有争议的课题。简要阐述了现有理论及 计算模型的发展历史和研究现状,介绍了几种实验测量方法的原理、优点与不足,并对水汽连续吸收的发展进行了展望。

大气中有机成分种类繁多,结构复杂,有机酸作为大气环境各相中含量最丰富的有机物种之一备受关注,最近的实验研究表明,部分芳香族 有机酸能够促进硫酸-水团簇的成核及生长。理论计算也表明在有机酸的存在下,一些小分子有机酸与硫酸通过氢键的相互作用形成非均 相的团簇降低了成核壁垒,从而促进团簇的形成,对新粒子的成核产生具有重要促进作用。鉴于有机酸对大气气溶胶成核机理研究具有重 要的意义,对其近些年在实验和理论上的进展进行了回顾,并对未来前景作了展望。

风速的监测在气象预测、飞行器的安全保障及风力资源的勘测等方面都有着十分重要的应用。采用1.55 μm窄线宽全光纤激光雷达 开展全光纤相干多普勒激光测风技术的研究,建立一套由电机带动转盘转动模拟风速测量装置,利用散射信号产生多普勒频移来校 准系统的测量准确性。系统采用的1.55 μm全光纤脉冲激光器单脉冲能量为10 μJ、脉冲重复频率为20 kHz、脉宽为200 ns, 模拟风速与实际测量结果具有很好的一致性。

分析了硫酸铵、硫酸、硝酸盐、碳和有机碳等组成的雾霾污染物团簇。基于团簇-团簇凝聚(cluster-cluster aggrogation, CCA)模型, 模拟构建不同成分,不同形状团簇粒子。在此基础上运用离散偶极子法计算了雾霾团簇粒子的光散射性质,进而仿真计算了不同形状的 雾霾团簇粒子的光学散射,分析了雾霾团簇粒子散射场强度随散射角、效率因子与尺度因子变化关系,偏振度随散射角的变化结果。 计算结果可用于分析大气雾霾特性和大气光传输特性。

受反演算法局限性和厚云层遮盖的影响, MODIS气溶胶产品出现了大量有效值缺失。提出基于反射率统计模型的普通克里金-自然邻近插值方法。利用6S辐射传输模型模拟MODIS蓝光 波段表观反射率随地表反射率、气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)的响应变化,建立反射率与AOD的统计模型。 采用2017年11月的中国区域气溶胶产品MOD04_L2、反射率数据做实验,并利用时空匹配的AERONET地基站数据做交叉验证,结果表明: 利用该方法填充MOD04_L2中国缺值区域精度较好,60%以上的插补结果处于期望误差界限内。该方法不仅能有效解决低反射率地区AOD有效值缺失问题,而且不受气溶胶类型假设不当影响。

激光声音探测技术是声音探测领域中重要的研究方向,但该探测技术极易受到背景光、大气湍流等引起的噪声干扰,对探测信号的噪声进行抑制是激光声音探测技术的关键。 提出一种改进的阈值函数,通过调整参数可以改变小波系数估计值与原小波系数之间的偏差,同时尽量保存信号的特征信息。 在实验室环境下通过实验验证了基于所提改进阈值函数的小波阈值去噪法的有效性,探测信号经去噪处理后噪声得到有效去除。

固体润滑深沟球轴承寿命与所受负载息息相关。研制了轴系固有频率测试装置,通过该装置对固体润滑轴系轴承座不对中 导致的轴系受径向外力工况和轴系固有频率之间的相关性进行了实验研究。对轴系固有频率随径向外力变化的测试数据进行 了拟合分析。结果表明:轴系固有频率随径向外力增大而增大;径向外力和固有频率之间存在较为明显的幂函数关系; 可以通过测试轴系固有频率来获取固体润滑轴承径向外力情况,径向外力拟合公式计算值与实测值之间相对误差不超过7%。