建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算, 讨论了偏振强度因子(Pf)和穆勒矩阵元素(Z11、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形 粒子和杆状粒子的Pf和Z12随着粒径的增大存在明显差异。通过对单分散的气溶胶颗粒 物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12。实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准, 差值ΔZ12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值, ΔZ12 介于12～41主要为核黄素粒子, ΔZ12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子, 而立方形的NaCl气溶胶粒子的ΔZ12与油酸粒子非常接近,难以区分。初步实验表明,穆勒矩阵 元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据。

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用，建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置，通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算，得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系，结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量，借助米散射理论计算，可以获得较为准确的响应度数值，并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标，测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度，需要约2.5倍的修正。

为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,通过双脉 冲激光诱导击穿光谱(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术, 对竖直流动的CuSO4 水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析。 实验中使用两台532 nm Nd:YAG激光器作为激发光源,等离子体信号通过光栅光谱仪和CCD进行采集。实验考察了DP-LIBS积分延时、 激光脉冲间隔等参数对LIBS信号的影响。研究结果表明Cu元素双脉冲激发时的等离子体特征谱线发射强度 是单脉冲激发时特征谱线发射强度的2倍左右,信噪比约为3.3倍,当两束激光脉冲间隔2～3μs时, 谱线发射强度有最大增强,最后由定标曲线拟合结果得到Cu元素在双脉冲检测限为9.87 mg/L,比单脉 冲LIBS提高了约6倍,实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。

等离子体温度和电子数密度是激光诱导击穿光谱(LIBS)测量中的重要因素。采用两台532 nm NdYAG脉冲激光器作为光源击穿CaCl2样品溶液液体射流形成等离子体，得到了300~450 nm波段的发射光谱图，定性分析了Ca II离子发射谱线。实验中假设等离子体处于局部热平衡状态，根据LIBS公式，利用Ca的6条一价离子谱线的相对强度，通过Boltzmann斜线法得到了液体双脉冲LIBS等离子体温度约104 K，其等离子体电子温度和单脉冲LIBS相比要高，但和固体双脉冲LIBS相比略低。通过拟合Ca II 393.366 nm离子线得到等离子体电子数密度约为1017 cm-3，并由实验结果讨论了等离子体温度和电子数密度随延时时间、脉冲间隔的变化规律，也证明了双脉冲LIBS较单脉冲LIBS更有优势。最后基于实验计算结果证明本实验的Ca等离子体满足局部热力学平衡。

在液体射流条件下，研究了Ca元素的双脉冲激光的激光诱导击穿光谱(LIBS)，实验考察了积分延时、激光脉冲间隔等参数对Ca等离子体发射强度的影响。发现双脉冲激光作用时，Ca元素的等离子体发射强度明显增强，激光脉冲间隔对等离子体发射谱线强度影响很大，间隔为0.4 μs左右的双脉冲激光作用可以使Ca等离子体发射谱线强度达到最大，并且此时的等离子体发射时间明显增长，通过优化实验参数后对不同浓度下LIBS信号的探测分析，发现相比单脉冲激光作用时，间隔为0.4 μs的双脉冲激光作用使Ca元素检测灵敏度提高了约5倍，实验所得结果为双脉冲LIBS技术对于液体中金属元素含量检测提供了依据。

偏最小二乘(Partial least square, PLS)聚类法是一种全新的气溶胶单粒子光谱数据处理方法, 是利用具有“自组织机制”的PLS回归算法去完成数据的聚类。阐述了PLS聚类对模拟数据集的运用以展示这种方法的一般特征及有效性, 然后应用到气溶胶激光飞行时间质谱数据以展示PLS聚类的正确性及成功运用,最后将PLS聚类应用到氯化钙、 氯化镁、氯化钠及氯化钾四种气溶胶单粒子激光击穿光谱混合数据集,通过分析聚类获得的树形图和图中节点的统计 特性,剖析了正确聚类及发生错误划分的原因,表明了PLS聚类方法在气溶胶单粒子谱分析方面的应用潜力。

基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置，研究了实验条件(如积分延时、激光能量等)对金属LIBS谱线强度的影响。实验获取了K2Cr2O7、Pb(NO3)2和CdBr2水溶液样品在532 nm激光激发下的等离子体发射光谱，标识了Cr、Pb和Cd等重金属元素的特征谱线，获得Cr、Pb、Cd的探测限约为0.32、15.6、57.6 mg/L，展示了液体射流LIBS用于水体中重金属快速检测的能力。

以太阳光为辐射源的近红外波段高分辨率吸收光谱广泛应用于大气参数遥测。 以CO2浓度反演为例, 研究了太阳光谱分辨率的影响。 利用美国AER公司编制的太阳光谱计算程序得到大气上界的理论计算太阳光谱作为辐射源, 结合自行编制的高分辨率大气透过率模拟软件HRATS对大气中CO2平均浓度进行模拟反演。 数值模拟计算结果表明, 太阳光谱的准确度对浓度反演非常重要, 特别是在超分辨光谱反演中异常重要, 虽然反演浓度的偏差与观测分辨率没有明显的线性变化规律, 但有趋势: 观测分辨率的降低对太阳光谱分辨率的要求也降低, 为了精确反演大气中CO2浓度, 因此需要充分利用大气层顶的高分辨太阳辐射光谱数据。

空间外差光谱 (Spatial heterodyne spectroscopy, SHS) 技术是一种新型的光谱分析技术。 基于空间外差光谱仪的基本原理和特点,研究了实际测量中 干涉仪两光臂不平衡造成的畸变干涉图的修正方法,模拟计算了干涉仪两光臂不平衡时干涉图的强度变化, 并对其进行了模拟修正,修正后的干涉图与理想的SHS干涉图一致性较好。修正方法主要是测量干涉图的非调制 项(即未发生干涉时单个光臂的光强), 以及在干涉图数据处理中引入一个修正因子。通过对干涉仪两臂不 平衡的修正,可以有效地提高干涉图反演光谱的精度。

机载高分辨率光谱数据的测量具有空间分辨率高、信息量大的特点,且高光谱数据反演低层大气CO2浓度的 灵敏度高。通过高分辨率大气辐射软件的 数值模拟计算,使用1.57 μm (6315～6385 cm－1)波段反射的太阳光反演CO2浓度。研究 结果表明只要探测器的信噪比(SNR)达到700:1和 分辨率达到0.07 cm－1,可以探测到很小的CO2(1%, 3.3 ppmv)变化。并分析了大气中 的气溶胶和地表温度的变化对高分辨率CO2 光谱数据的影响。