光谱型太阳辐射计可以直接测量得到太阳辐射变化, 反映各个波段对应的辐射度信息, 其直射通道全波段的仪器定标精度直接影响大气参数的反演精度。 常用的Langley拟合法在大气强吸收波段定标精度不高, 最终计算的可降水量、 强吸收波段透过率数据均存在一定的误差。 为了满足可见-近红外全波段太阳光谱的高精度测量需求, 提出一种非吸收波段的Langley定标法和基于理论计算强吸收波段大气层顶太阳辐照度相结合的混合定标法, 得到光谱辐射计全波段的定标值。 因为仪器响应函数是随波长缓慢变化的, 通过非吸收波段定标的仪器响应函数按波长线性插值得到强吸收波段下的仪器响应函数, 再结合大气层顶太阳辐照度和仪器定标值之间的关系得到强吸收波段下的仪器定标值。 通过对比Langley定标法、 改进Langley法以及混合定标法的仪器定标值变化曲线发现, 前两种方法在强吸收波段的定标值有明显的突变, 而混合定标法计算的强吸收波段仪器定标值变化更平缓, 符合仪器响应规律; 通过对比不同定标法测量的大气透过率与CART理论计算透过率的相对偏差, 发现混合定标法平均偏差减少了1.15%, 误差的减小主要归因于混合定标法提高了强吸收波段大气透过率的测量精度。 将改进Langley法和混合定标法计算得到的可降水量数据与国外同类型的POM辐射计测量得到的可降水量数据进行对比, 混合定标法计算得到的可降水量与POM辐射计的计算结果几乎一致, 相对误差在10%以下, 而相对于改进Langley定标法平均减少了40%; 对于测量的大气透过率, 与POM辐射计测量的透过率数据进行对比, 在940 nm水汽强吸收带处, 混合定标法测量的相对误差减小了25%。 因此混合定标法对于光谱型太阳辐射计直射通道全波段定标、 可降水量计算以及强吸收波段透过率计算有应用价值, 较好地改善了强吸收波段的定标精度。

整层大气透过率是反映大气光学特性的一个重要参量, 在大气辐射、地球资源遥感、空气质量监测、特别是光电工程等领域, 都需要对大气透过率进行深入的研究。文中详细讨论了整层大气透过率的获取原理和方法, 分析了不同获取方法的最新进展和存在的相关问题, 对比分析了软件仿真计算和直接测量的优缺点, 并对后续的研究工作进行了展望。

研制了自动多波段太阳辐射计, 仪器包含8个光谱通道, 覆盖可见-近红外波段.通过二维转台和四象限跟踪组件, 可实现对太阳直射辐照度、天空辐亮度、气溶胶光学厚度、大气柱水汽含量和臭氧含量的实时自动测量, 并远程控制和传输数据.为减小温度变化对探测器响应的影响, 对光机头部的八通道主体部分进行了温控设计.结合野外环境的实际情况, 对关键部件八通道主体和散热外壳进行了热力学有限元分析.分析结果表明, 主要光学元器件的安装结构满足实际温度变化产生的零件形变需求; 增大外壳的散热面积可以有效提高八通道主体的温控效率, 增强野外环境适应性.仪器在敦煌辐射校正场长期工作, 经受住了风沙、雨水和温差等的测试, 其温控系统的温度维持在25±0.2℃, 表现出良好的稳定性, 验证了温控设计的可靠性.

太阳辐射测量是研究太阳活动与地球气候演变的重要方式之一, 对人类社会的可持续发展具有重要意义。衍射效应作为测量过程中系统误差的主要来源之一, 有必要进行精确的修正, 从而提高测量数据的精度。首先, 对衍射效应理论进行研究, 从Kirchhoff衍射理论出发, 在高斯光学近似下, 逐步确定点与点, 点与面, 面与面之间的能量传输关系, 推导出了衍射效应的一般公式; 接着, 根据衍射效应的渐近性质, 得到了一种简化的计算方法; 然后, 用简化的方法计算太阳辐照绝对辐射计(SIAR)的衍射效应以及衍射修正因子, 最后, 根据衍射修正结果, 计算相对于世界辐射基准(WRR)的定标系数。结果显示: SIAR的衍射效应以及衍射修正因子分别约为1002 742和0997 265。经过衍射修正后, SIAR对WRR的定标系数更接近于1, 表明衍射修正降低了系统误差, 提高了辐射测量的准确度。

介绍了一种用于大气CO2太阳吸收光谱地基观测的高光谱太阳辐射计，包括仪器的设计结果及相对光谱辐射亮度的测量原理。以可调谐红外激光器加积分球作为定标光源，详细介绍了波长、仪器线型函数的定标过程和方法。定标结果表明，在仪器有效工作波段（1560~1575 nm）内，光谱分辨能力为0.097 nm，杂散光水平在0.5%左右。定性比较了仪器的大气CO2太阳吸收光谱测量结果与LBLRTN软件的理论计算结果，两者在吸收峰的强度、位置、形状等方面都具有较好的吻合度。

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法。利用太阳辐射计，获得大气气溶胶的光学厚度，激光雷达可以获得35～40km高度的回波信号，在这一高度区间可忽略气溶胶的存在，大气模式可以提供大气分子散射系数，根据激光雷达方程计算出激光雷达常数。反之，标定激光雷达常数后，根据激光雷达方程，以激光雷达35～40km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度。激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好，说明该方法是可行的。这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量，也可以用于夜间测量。