利用维格那分布函数, 推导部分相干Lommel -高斯光束通过海洋湍流的有效曲率半径和传输因子的表达式, 并分析光束的有效曲率半径和传输因子的传输性质。结果表明, 部分相干Lommel -高斯光束在海洋湍流的传输性质和部分相干贝塞尔 -高斯光束相同, 但是部分相干Lommel -高斯光束连续的轨道角动量分布特点使得其相较于后者更有优势。数值分析海洋湍流参数, 包括盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率以及湍流动能耗散率对部分相干Lommel -高斯光束的有效曲率半径和传输因子的传输的影响。该研究工作可为激光水下通信和激光**等实际应用提供理论基础和实验依据。

云底高度是地气系统辐射收支以及飞行安全的重要影响因素。介绍了利用FY-4A卫星的数据产品反演云底高度的方法，设计了两种云底高度反演方案：第一种方案先将云划分为卷云（Ci）、高层云（As）、高积云（Ac）、层云/层积云（St/Sc）、积云（Cu）、雨层云（Ns）、深对流云（Dc）和多层云（Multi）等8种云类型，再分别采用独立的集成学习模型反演这8类云的云底高度；第二种方案不区分云的类型，采用统一的集成学习模型反演云底高度。将CloudSat探测的云底高度作为参考值，以129515个样本对两种方案进行评估，结果表明方案一的反演模型效果更好，均方根误差（RMSE）为1304.7 m，平均绝对误差（MAE）为898.4 m，相关系数（R）为0.9214。

陕西位于西北内陆地区,是中国气候的敏感区,为准确认识其 上空的水云特征,利用MODIS的MYD06二级云产品数据,对陕西水云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径、 光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1) 水云概率分布显示出单峰结构,峰值出现在11月, 5月出现 概率最低。水云在秋季出现概率最高,春季出现概率最低。 (2) 7月和9月水云云顶高度的概率分布 会产生显著的变化,7月和8月的分布形态与其余各月有显著差别。水云云顶高度平均最大值出现在 春季的4～5月,最小值出现在冬季的12～2月。(3)水云的粒子有效半径在10月～次年5月, 分布形态相似,6～9月分布形态与之明显不同。水云粒子尺度平均最大值出现在夏季的6～8月, 最小值出现在秋季的11月。(4) 光学厚度在0～5之间的水云在10月～次年5月,出现概率最高, 峰值出现在12～2月; 6～9月光学厚度在5～10之间的水云出现概率最高, 峰值出现在7～8月。水云光学厚度最大值出现在秋季的9～11月,最小值出现在夏季的7～8月。

光束在大气湍流中传输时, 大气湍流效应对光束进行强度和相位的随机调制, 最终在远场处形成散斑。以部分相干高斯-谢尔模型(Gaussian-Schell Model, GSM)光束为研究对象, 根据广义的Huygens-Fresnel原理、修正Von Karman谱模型, 推导了GSM光束在大气湍流中传输时接收端光束的有效半径和平均散斑半径的表达式。利用数值计算对比分析光源相关参数和大气湍流对光束有效半径和平均散斑半径的影响。研究表明: 光束的初始束腰半径越大、相干长度越小以及波长越小时, 接收端光束的有效半径和平均散斑半径受湍流的影响越小; 大气折射率结构常数越大, 光束扩展越严重, 此时平均散斑半径越小; 光束有效半径和平均散斑半径随湍流外尺度增大几乎无变化, 随湍流内尺度的增大而减小。所得出的结论对无线激光通信系统中光束的捕获、对准与跟踪(Acquisition, Pointing and Tracking, APT)系统的设计提供一个重要的参考价值。

云滴有效半径和云水路径等微物理参数是了解云的形成过程、 辐射效应以及云、 气溶胶和降水相互作用等问题的重要数据。 利用地基红外高光谱辐射数据开展了云微物理参数反演方法研究。 针对光谱数据的特点, 进行了基于云层发射率光谱和辐射光谱的敏感性分析, 在此基础上建立了云微物理参数与云发射率光谱差值和斜率等特征参数有关的查找表关系。 具体特征参数包括: 热红外波段862.1和934.9 cm-1的云层发射率之差、 中红外波段1 900.1和2 170.1 cm-1的云层发射率之差、 热红外波段900～1 000 cm-1区间的发射率光谱斜率和辐射值光谱斜率、 1 100～1 200 cm-1区间的发射率光谱斜率和辐射值光谱斜率等。 研究了臭氧波段云层透过率的计算方法及对查找关系的约束性, 选择了1 050～1 060 cm-1区间的云层透过率平均值作为约束特征参数。 实现了基于逐步搜索法的多重查找反演云滴有效半径和光学厚度, 并可通过经验关系计算云水路径。 研究表明, 该算法得到的水云的云滴有效半径与ARM计划中的MICROBASE产品基本相当, 冰云的云滴有效半径相对偏小, 两者的云水路径反演结果差异较大。 该反演算法较适合于光学厚度小于6的薄云。

利用2011~2014年MODIS云产品数据对北极地区夏季卷云的出现概率、云顶温度、云顶高度、光学厚度、有效粒径大小进行统计分析, 并讨论了北极地区夏季卷云有效粒径大小和卷云高度的关系。结果表明, 北极地区上空夏季卷云出现概率最高, 水云较少。卷云云顶温度主要分布在230～272 K(即-43～-5 ℃), 其云顶高度主要在2～8 km, 4.5～6 km出现概率最大。卷云的光学厚度主要在小于10范围内。卷云的有效粒径在5～40 μm之间, 10～20 μm出现概率最大。卷云的有效粒径和高度的关系与中纬度地区相反, 北极地区卷云高度越高, 卷云有效粒径越大。北极地区卷云随着纬度增大, 卷云出现概率增加, 卷云云顶温度降低, 卷云高度增加, 卷云有效粒径增大, 卷云光学厚度增大。

为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性, 基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数, 结合海洋湍流的空间功率谱函数, 理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式, 数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系。结果表明,在相同条件下, 当传输距离超过400m时, 相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列, 部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小, 传输特性更为稳定。此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值。

激光钠信标的光斑漂移、光斑半径的变化对自适应光学校正有直接的影响。在激光钠信标光斑漂移方差和有效 半径理论模型的基础上,采用数值模拟的方法,在三种大气湍流模式下,具体研究了激光钠信标光斑与激 光光斑漂移方差和有效半径的差异,计算了不同发射口径时激光钠信标光斑的长曝光与短曝光有效半径的平 均值,分析了有再泵浦能量激光对激发钠信标光斑漂移方差和平均有效半径的影响。研究结果表明,大气 湍流强度、激光发射口径以及再泵浦激光能量都能够影响激光钠信标光斑漂移和光斑半径。

当云层的温度在－40℃~0℃之间时, 云层中会存在冰和水两种相态的云滴, 其散射特性与纯水云以及纯冰云特性有较大差异, 因此遥感反演混合相云层的微观和宏观物理特性具有重要的意义。本文采用冰水双层球模型模拟了冰水混合云中的云滴, 利用Mie理论计算了纯水、纯冰和冰水颗粒的单次散射特性, 分析了单次散射相函数, 不对称因子, 单次散射反照率等随着有效半径、相态、内外半径比等的变化特性。利用离散纵标法(DISORT)计算了水云和冰云对0.75 μm、2.16 μm和3.3 μm的双向反射函数, 讨论了利用纯水滴和纯冰滴反演冰水混合云滴的误差。分析结果表明, 利用0.75 μm和2.16 μm的太阳光反演冰水混合云的光学厚度和有效半径时, 光学厚度误差较大, 有效半径误差较小; 结合0.75 μm和3.3 μm的太阳光反演冰水混合云的光学厚度和有效半径时, 光学厚度误差较小, 有效半径误差较大, 其会高估其有效半径; 另外结合0.75 μm和3.3 μm这两个波长的反射函数反演冰水云的冰水混合比更为有效。

推导出部分相干厄米高斯(H-G)列阵光束在大气湍流中等效曲率半径R的解析公式。该公式具有一般性，它可简化为几种典型特例。研究表明湍流导致光束的R减小。光强叠加时R受湍流的影响比交叉谱密度函数叠加时小。自由空间中高斯谢尔模型列阵光束和高斯列阵光束的R比部分相干H-G列阵光束的大，但受湍流的影响也更大。自由空间中单束部分相干H-G光束的R比部分相干H-G列阵光束的小，但受湍流的影响也更小。光强叠加情况下，自由空间中完全相干H-G列阵光束的R比部分相干H-G列阵光束的大，但受湍流的影响也更大。一般来说，自由空间中R越大其受湍流影响也越大。因此，当光束传输到一定距离之后，湍流使得原来在自由空间中较大的R变小，而较小的R变大。