分析了国内外主要的温室气体通量测量方法，包括针对地球生态系统通量的测量方法和针对人为排放通量的测量方法。梳理了地基原位通量测量网络、地基和星载被动遥感技术和以激光雷达为代表的主动遥感技术的研究现状与进展，分析了当前测量技术对人为碳排放的探测能力。结合国内外发展趋势，展望了为满足全球和区域人为碳排放监测的需求，需要同化原位探测与主动遥感探测数据、通过科学的卫星组网提高时空分辨率并建立不同尺度的模型。

为了提高近红外光谱技术快速测定小麦种子发芽率的准确度和稳健性, 比较分析了基于全光谱的单一偏最小二乘(PLS)模型和多模型共识PLS模型(cPLS)性能, 并提出了基于特征光谱的多模型共识PLS模型(Si-cPLS) 。 实验收集84份小麦种子, 通过SPXY法将样本集划分为训练集样本66个, 预测集样本18个。 从训练集中随机抽取50个样本作为校正集建立一系列PLS子模型, 选取其中性能较好100个子模型作为成员模型建立cPLS模型, 取成员模型预测结果的均值来分析未知样本。 在此基础上, 采用组合间隔偏最小二乘法(SiPLS)筛选特征谱区建立多模型共识PLS模型(Si-cPLS)。 各模型均采用均值中心化预处理方法, PLS模型、 cPLS模型以及Si-cPLS 模型对预测集的小麦种子发芽率进行50次重复预测的平均相关系数r分别为0.935, 0.949和0.967, 平均预测均方根误差RMSEP分别为13.735%, 12.533%和10.273%, RMSEP 的标准偏差分别为1.144%, 0.096%和0.08%。 实验结果表明cPLS模型较单一PLS模型更加稳定可靠, 而基于特征光谱的Si-cPLS模型则进一步提高了cPLS的稳定性与预测精度, 为建立性能优秀的小麦种子发芽率近红外模型提供了新思路。

应用激光拉曼光谱技术准确无损鉴别三七及其伪品菊三七、藤三七和姜黄。采集了三七及其伪品的拉曼光谱图，并结合二阶导数拉曼图谱对其进行定性鉴别。四种药材的图谱中均出现了1330、1040、943、310 cm-1糖类碳水化合物的拉曼特征峰。三七的谱图中出现了1080 cm-1和1120 cm-1皂苷类化合物的拉曼振动峰；菊三七的谱图中出现了820、899、1144、2935 cm-1 b-谷甾醇、吡咯里西啶类生物碱及长链脂肪烃的拉曼特征峰；藤三七的谱图中出现了1462 cm-1和1695 cm-1的腺苷类和尿嘧啶类化合物的拉曼振动峰；姜黄的谱图中出现了962、1187、1433、1596、1630 cm-1等姜黄素类化合物的拉曼振动峰。以上专属特征峰的差异可将三七及其伪品进行很好的区分，并据谱图信息可建立四味中药的拉曼指纹图谱。二阶导数拉曼光谱图可以对三七及其伪品的鉴别结果进行进一步补充验证说明。此方法可准确直接、快速鉴别三七及其伪品。

论述了自行研制的半导体激光雷达能见度仪的工作原理、基本结构及参数, 提出了一种稳定的消光系数迭代算法。利用该半导体激光雷达能见度仪与美国Belfort model 6230A 型能见度仪对水平及斜程能见度进行了对比实验。对比实验表明：对于水平能见度, 平均相对误差在10%以内的占总量的45.6%, 平均相对误差在20%以内的占总量的84.7%, 平均相对误差在30%以内的占总量的91.2%；对于斜程能见度, 不同天气条件下, 能见度变化趋势明显, 反映了斜程能见度与水平能见度探测的差别与意义。充分说明该能见度仪能够在各种气候条件下测量水平及斜程能见度, 所提出的反演能见度的迭代算法稳定可靠。

植物的叶绿素含量指示了其健康状况。 大区域范围内植被叶绿素含量信息的提取可以用于评价植被的生长状况, 实现对生态环境的监测。 对于农田系统而言, 作物叶绿素含量的估测还可以对施肥等田间操作提供支持。 文章利用辐射传输模型模拟多组不同状态下的植被冠层光谱反射率, 通过对模拟数据的冠层叶绿素含量以及冠层光谱之间关系的分析, 构建了估测植被冠层水平叶绿素含量的光谱指数模型。 该模型对冠层叶绿素含量的方差解释量达到了75%以上。 分别使用野外实测冠层光谱和Hyperion高光谱遥感影像对试验区进行验证。 结果证明该模型对冠层水平的叶绿素含量估测效果较好, 具有应用价值。

研制了一种能够方便、快速调节激光雷达收发光路准直的光学装置,分析了装置楔角的选取要求、准直误差及其相应的矫正方法。该装置结构简单,主要由两个楔形光学平板组成,通过电机转动两个楔板可使出射光束方向在一定范围内任意改变,该调节范围由楔板的楔角和折射率决定。利用折射定律,严格推导了装置中两个楔形光学平板的旋转角度与出射光束方向之间的关系。提出了将该光学装置插入到激光雷达发射光路,采用螺旋式粗扫、圆形和径向细扫相结合的光束扫描方式实现对激光雷达准直的方法,并给出了系统准直调节过程中的判断准则和具体的准直步骤。

为了更加准确地获得大气消光系数和后向散射系数，利用半解析Monte Carlo方法对云的大气多次散射激光雷达回波信号进行了模拟计算。分析了激光雷达接收视场角及光学厚度对多次散射回波信号的影响及水云和卷云多次散射因子与光学厚度的关系。激光雷达测量数据的对比结果表明，多次散射对卷云和水云消光系数影响较明显，而对后向散射系数的影响可以忽略。

分析了直接探测测风激光雷达中的Fabry-Perot标准具透过率的非线性理论模型.根据实验测量数据,利用Levenberg-Marquardt算法对理论模型进行参数优化估值,获得测量数据的最佳拟合曲线.数值计算表明,pseudo-Voigt函数能快速且很好地近似计算Voigt线形.对于Fabry-Perot标准具的宽带光透过率频谱响应曲线,可以采用Voigt函数拟合,也可以采用pseudo-Voigt函数拟合;当透过率频谱响应曲线用于风速反演时,若采用pseudo-Voigt函数拟合会造成低于1 m/s的测速偏差,因此必须采用Voigt函数拟合.

简述了多普勒测风激光雷达测风的意义,报道了多普勒测风激光雷达的发展动态.综合该领域的发展情况,按探测方式的不同,分相干技术和直接探测技术分别讨论了测风激光雷达的应用及其特点,比较了各种系统的性能.

在直接测风激光雷达的接收光路中安装CCD监视器,发现了入射到标准具上光斑的形状及其强度分布对标准具透过率曲线产生的影响.理论分析表明:入射光斑影响了双Fabry-Perot标准具的频谱间距和透过率曲线的形状,双边缘直接测风激光雷达由此将引入较大的系统误差.另外,由于强度分布的随机性,使系统的校准常数失去实际意义.通过在传导光纤上安装扰模器,并在反演风速时引入强度分布函数,可以减小光斑引起的误差.理论和实验表明,文中方法对直接探测测风激光雷达的精度有直接影响.