提出了一种反演边界层以下气溶胶消光系数垂直廓线的方法。设计了一种以电荷耦合器件（CCD）为探测器、激光器为发射端的收发分置激光雷达系统（CCD激光雷达）。基于此系统测量了水平激光束图像与垂直激光束从地面起0~1.2 km高度的气溶胶角散射灰度图像。利用水平散射图像得到大气散射相函数相对值，将其作为参数反演了垂直方向的气溶胶消光系数分布廓线。将得到的消光系数值与合肥大气辐射观测站的双波长偏振米散射激光雷达(DWPL)的观测结果进行了对比，结果表明两者一致性较好。同时给出了合肥地区4个夜晚连续观测的气溶胶廓线分布。CCD激光雷达优势在于无盲区，在近地面空间分辨率可达0.032 m/pixel，在边界层以下气溶胶探测具有潜力。

提出一种测量大气气溶胶散射相函数及能见度的方法，并且设计了以半导体激光器为光源和电荷耦合器件(CCD)为探测器的实验装置，利用该实验装置测量了15°~45°的散射灰度值角分布。根据激光雷达方程和Henyey-Greenstein散射相函数理论，拟合气溶胶的相函数分布，计算其能见度。将拟合得到的相函数和计算的能见度的结果分别与POM天空辐射计和Belfort能见度得到的观测结果进行对比，结果表明两者一致性较好，证明了利用激光光源和CCD测量气溶胶相函数和能见度的可行性。

导出了激光多普勒雷达基于Fizeau干涉仪及CCD探测器进行测风时，每个CCD元最终接收到信号的一般表达式。对系统的参数做了整体优化，得出一组优化参数。在0～3 km高度，得出系统风速误差小于0．16 m／s。对最终的风速反演分别运用最小二乘拟合法和重心法。分析表明最小二乘拟合法只适用于风速较小的情况。详细分析了运用重心法计算风速必然会引起的误差，并提出一种解决方法。修正后，在士30 m／s风速范围内，该方法产生的误差小于0．25 m／s。

利用激光雷达测量数据反演出了北京测站和西藏那曲测站上空对流层大气气溶胶散射比和消光系数的垂直分布，利用消光系数和风速数据，进行了相关分析。结果表明，北京测站上空气溶胶的组分、浓度、粒径和分布较那曲呈现更大的不均匀性；西藏那曲地区的空气质量较北京城区要高；那曲测站上空的贴地层高度较北京城区低；北京测站近地面气溶胶消光系数和风速的负相关特性较为明显。

从辐射传输方程出发,严格地分析了以往工作中被忽略的大气层中悬浮微粒散射对热红外辐射能量传输的影响,特别研究了对能量平衡的贡献和对传感器信噪比的影响,对以遥感器高度和能见度作为参量的仿真计算结果说明,与传统的不考虑大气中悬浮微粒的散射情况相比差1～2个数量级。这说明,悬浮微粒的散射不仅对红外辐射有消光作用,而且是研究热红外遥感系统中新的辐射通量出现的重要因素。