降水现象是全球水循环和气候变化的重要研究对象。降水粒子谱资料在天气现象的自动观测、云微物理过 程研究和气象雷达回波订正等领域有重要应用。基于线阵图像传感器的降水观测系统可获取降水粒子图像信 息,为雨滴的微物理特性研究提供原始资料。在简述基于线阵图像传感器的降水测量系统工作原理基础上,分 析了线阵降水测量关键技术及线阵数据处理相关问题,分别从光学系统参数需求、线阵传感器高速扫描和线 阵数据处理等方面进行了讨论,以期线阵图像采集技术能更好地应用于降水测量。

为了研究云的地面长波辐射强迫与云的关系,利用SBDART辐射传输模式模拟了云量、云底高和云光学厚度对云 的地面长波辐射强迫的影响,并对国内外学者研究的云的地面长波辐射强迫随云量变化的非线性原因进行了理 论分析。结果表明：对相同的云,在不同的大气条件下,地面长波辐射强迫是不同的；云的地面长波辐射强迫 随云量的增大而增大,随云底高的增大而减小,随云光学厚度的增大而增大,当光学厚度大于10以后,几乎不再增 大。随云量的增加,低云和光学厚度大的云出现概率增大,是云的地面长波辐射强迫随云量变化呈非线性的两个原因。

利用连续观测的云序列图像进行风场探测的技术已经较为成熟,目前主要应用于卫星云导风中,可以获取较 大范围、大尺度的区域风场信息,但利用地基观测云图进行云导风方面的研究还较少。分析了地基测云仪 器的发展现状,提出了采用高时空分辨率的地基红外云图,通过阈值确定云高,利用目标匹配方法、目标追踪 方法进行示踪云的选择,利用快速搜索算法进行示踪云的搜索,以及地基云导风计算的方法,并分析了导风结 果的质量控制思路。利用该类地基红外云图导风资料可以与常规高空风探测手段、卫星云导风资料互为补充。

采用平行光成像的方式, 研制了基于线阵图像传感器的降水现象自动测量系统, 用于揭示大气降水物理特征及本质。首先, 根据降水粒子微物理特征和降水现象业务观测的需求, 设计了光学系统及高速线阵图像数据采集处理平台。然后, 针对降水观测系统连续运行条件下线阵实时采集数据量大、不便于传输及处理的特点, 利用现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现片内线阵数据实时二值化处理及编码传输。为消除平行光源性能漂移及传感器光强响应非均匀性等对成像阈值设置的影响, 保证长期运行测量精度和一致性, 设计了基于微处理器软核MicroBlaze的自适应阈值设置方案。在室内定标实验的基础上, 与翻斗雨量计进行初步观测对比试验。实验室定标结果表明, 系统最小分辨率优于0.1 mm, 实际同步观测累加降水量误差在15%左右, 两者变化趋势大致相同, 有较好的线性相关性。提出的系统满足降水现象自动测量对稳定可靠、自动化、精细化的要求。

全温域、全量程下空气湿度的测量一直是大气探测领域一个世界性的难题,露点仪以其独特的探测原理,能够 在全温度量程内进行测湿,具有广阔的推广前景,但在实际中却一直没有实现业务化应用。在对当前国内 外冷镜式露点仪发展现状详细介绍的基础上,详细论述了露点仪在业务化应用过程中需要重点解决的关键技术和问题。