准确获取飞秒激光成丝横截面图像及其沉积能量空间分布信息，对于成丝动力机制研究和促进诸多基于光丝的实际大气应用发展具有重要意义。本文基于热传导方程和波动方程构成的光声信号前向仿真模型，理论模拟了利用环阵式光声层析系统接收飞秒激光在空气介质中成丝诱导产生超声脉冲信号的过程；然后，利用延迟叠加算法对飞秒激光大气传输成丝沉积能量横向分布图像进行了反向重建，并分析了测量系统中关键器件超声换能器的中心频率、带宽、表面尺寸和探测表面灵敏度等性能参数对光丝沉积能量分布图像重建结果的影响。结果表明，单丝诱导产生的声压脉冲信号频谱为单峰结构，而多丝声压脉冲信号频谱为多峰结构；相比于单丝图像重建，多丝图像重建受“孔径效应”影响更显著；换能器的性能参数对光丝图像的重建效果有显著的影响，换能器的带宽越大、表面直径越小，以及表面灵敏度系数越大，越有利于光丝沉积能量分布图像重建效果的提升。该研究结果可为真实大气条件下飞秒激光传输成丝沉积能量空间分布的实验测量提供一定的理论支撑。

构建了一种基于毫米波云雷达多普勒谱的过冷水滴、冰晶、雪花的识别算法, 通过对全局谱的谱峰识别, 分离出了不同类型粒子的局部谱, 得出了不同类型粒子的反射率因子、多普勒速度、谱宽等谱矩参数及含水量.通过对一次降雪过程Ka波段测云雷达多普勒谱的分析, 结果表明: (1)混合相云中, 由于雪花对毫米波雷达总回波强度贡献较大, 基于总雷达反射率因子直接反演液态水含量会忽略过冷水滴的贡献, 造成云中含水量的低估; (2)多普勒谱反演得到过冷水的液态水路径(LWP)与微波辐射计反演结果一致性较好, 说明毫米波雷达能够有效估量云中液态水路径; (3)冰雪晶粒子在过冷水层(SWL)中下落速度随反射率因子的变化梯度(dV/dZ)比在冰雪层(ISL)中大,这主要是因为冰雪晶粒子在SWL中通过凇附增长比在ISL中通过碰并增长要增长得更快.

为了研究多次散射效应下偏振光在含矿物质粒子海水中的传输特性，建立了一种基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模型.验证了模型准确性，并利用该模型研究了矿物质粒子复折射率、粒子群平均半径和入射光偏振状态对传输特性的影响.模拟仿真结果表明，不同类型矿物质粒子中，较小复折射率实部的粒子，传输特性对复折射率实部变化的敏感性较大；较大复折射率实部的粒子，传输特性对复折射率实部变化敏感性较小.粒子复折射率的虚部是影响光波传输特性的另一重要因素，粒子的吸收性越大，其传输效果越差.随着海水矿物质粒子群平均半径变大，光波透射率降低，反射率增大.圆偏振光与自然光在含矿物质粒子海水中的传输特性相对接近，在海水中，透射率最高的是垂直偏振光，最差的是圆偏振光；反射率最大的是自然光，最小的是水平偏振光.其中水平偏振光传输特性受入射光入射角影响较大.

日照时数是地面气象台站观测的基本项目。根据国内外日照计发展现状,设计了一种新型的日照计-光热型 电测日照计,该日照计利用热电偶原理,根据两热电偶的温度差来计算太阳直接辐射,从而可以得出日照 时数。主要分析了光热型电测日照计的原理结构、金属丝中能量传导和日照计性能,并做了初步试验。结果 显示,光热型电测日照计不仅结构简单,而且性能较为良好,随太阳辐射强度变化响应较快,无需人工操作,可 以完全实现自动化操作,对日照时数的测量比较准确。

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。

日照时数是地面气象台站观测的基本项目。长期以来,我国主要使用暗筒式日照计进行日照时数观测,自动化程 度低,精度较差,资料可比性难以保证。随着技术的发展,国外出现多种自动日照计,而国内这方面研究较少,与国 外先进水平有一定差距。为了研制具有自主知识产权、可业务化应用的日照计,通过分析直接辐射式日照计的发展 现状和关键技术,认为基于直接辐射式的自动日照计有广泛的应用前景,重点需要解决传感器的辐射响应、传感 器设计与封装、太阳位置的自动跟踪、整机的结构优化等问题,提高仪器的环境适应性、长期稳定性和可靠性。

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。