为了实现高精度温度传感的目的, 设计了一种新型双芯光子晶体光纤耦合微扰传感结构, 采用有限差分光束传播法对该结构的传感特性进行了分析。利用RSOFT软件的Beampronp模块对该传感器特性进行了仿真研究。结果表明, 在满足双芯耦合条件下, 折射率灵敏度可达7000nm/RUI; 耦合间距灵敏度可达2;在填充液体为乙醇时, 该传感结构可实现温度范围为278K~338K的检测, 在该范围内的灵敏度可达4nm/K。该传感器检测线性度高、工艺简单, 对其它相关传感器的研究有一定帮助和意义。

大气光学湍流的存在会严重制约光学系统的性能。为了能够降低大气湍流的影响, 满足光电工程的应用, 准确地估算出不同场景下的大气光学湍流廓线具有十分重要的指导意义。基于Tatarski光学湍流参数化方案和广泛应用的外尺度模式, 利用探空仪测量的气象探空数据, 对内陆(合肥)、海陆交界处(茂名)和远海海洋这三个不同环境下的大气光学湍流廓线进行估算。将合肥和茂名两地的估算值与实际观测的廓线进行对比验证, 发现在变化趋势和量级上相近, 为该模式估算远海海洋的大气光学湍流廓线提供了依据。结果表明模式能够较好地估算出不同环境下的光学湍流廓线。此外, 还发现高空光学湍流的发生与风切变和温度梯度有重要关系。

基于Monin-Obukhov相似性理论, 采用MARIAH算法, 利用成都和茂名两个地区、两个高度层上的温度、湿度、风速等常规气象参数估算折射率结构常数, 并对估算值与温度脉动仪测量值进行比较分析。结果显示: 利用常规气象参数估算得到的成都与茂名的折射率结构常数在变化趋势及量级上基本符合温度脉动仪测量值。成都和茂名的折射率结构常数估算值与测量值的相关系数分别为0.86与0.92, 平均绝对值偏差分别为0.410与0.414。因此, 采用MARIAH算法估算陆地和近海面大气光学折射率结构常数是可行的; 茂名中午时刻的折射率结构常数峰值比成都大一个量级。

选取随船观测的三亚地区2016-01-06至2016-01-09连续4天的折射率结构常数C2n及温度、风速、相对湿度三种常规气象参数, 基于后向传播神经网络和逐步回归理论, 分别建立两种模型并对C2n进行了连续3天的估算。结果显示, 两种模型估算的结果在变化趋势及量级上均符合近海面光学湍流的一般特征和变化规律, 并且可以表现出C2n的基本日变化特征, 整体相关系数分别为0.8661和0.8496。选取了平均绝对误差、平均相对误差、均方根方差以及相关系数等统计量来衡量估算结果。分析表明, 两种模型均能准确地估算出近海面的C2n, 但在夜间弱湍流发生时估算值略高于测量值。为进一步提高估算的准确度, 需要改进模式在夜间的估算效果。

地表热通量和水汽通量对全球气候变化和大气环流有着重要而广泛的影响, 而Monin-Obukhov(M-O)相似性函数在计算近地层热通量和水汽通量的过程中扮演着重要的角色; 同时M-O相似性函数是大气光学湍流估算模式中不可或缺的因子。通过对合肥西郊35 m铁塔上气象数据的分析, 利用非线性最小二乘法拟合得到了一套全新的M-O相似性函数。将之与前人提出的相似性函数作对比, 展现出了较好的一致性。同时, 该函数大气光学湍流的估算模式中, 估算值与实测值具有较好的吻合度。分析结果表明: 在稳定条件和非常不稳定条件下, 可以认为温度相似性函数等于湿度相似性函数, 在弱不稳定条件下两者不再满足这种相似性。

依据Tatarski大气光学湍流参数化方案，利用数值天气预报模式（WRF）模拟了高美古、茂名、乌鲁木齐等典型地区高空大气光学湍流廓线。并将高美古和茂名使用温度脉动仪实测的光学湍流与其对应的模拟数据做了对比，结果表明，模拟的光学湍流廓线与实测的光学湍流廓线吻合得较好，相关性在76%左右。高美古和茂名的对比验证结果表明，利用WRF模拟高空大气光学湍流的方法是可行的，模拟得到了乌鲁木齐高空大气光学湍流廓线。结合这3个典型地区的气候特点，分析了不同气候类型下光学湍流的特征和变化趋势。

介绍了天气数值预报模式的运行流程、模式安装、模拟参数设置等.结合光学湍流的参数化方案,预报了大气光学湍流强度廓线,并与探空气球实测数据对比验证.结果表明,预报的大气光学湍流强度廓线符合高空光学湍流的一般特征和变化规律,但廓线的形状与实测存在一定的差异,并分析产生差异的原因.分析表明,提高预报精度需要改进高空湍流外尺度模式.