2017年7月至8月,使用微脉冲激光雷达与小型气溶胶后向散射探空仪在昆明开展了一个月的气溶胶垂直结构联合观测实验。对比2种仪器同步观测方法与探测后向散射比结果的异同,分析激光雷达和后向散射探空仪测量获得的气溶胶垂直分布特征。探测结果表明,两者具有较好的一致性,在1~4 km高度范围内,排除云层干扰后,2种仪器后向散射比测量结果的相关系数为0.87,方均根误差为0.752;观测实验表明,研制的微脉冲激光雷达为连续探测气溶胶垂直结构演化过程提供了有效手段,融合后向散射仪探空数据,可以减少微脉冲激光雷达数据反演中的假设参数,开展两者联合观测具有一定应用价值。

2011年3~4月和2013年4~5月利用车载多普勒激光雷达在北京观象台分别进行了为期约1个月的大气综合观测实验。采用改进的微分零交叉法给出激光雷达观测个例并与同步探空数据进行比对，体现出较好一致性。统计结果表明167组天顶方向上的激光雷达廓线中含有云的数据占62.9%，其中单层、2层及3层云所占比例分别为34.1%、16.2%和6.6%。所有云层结构中，低云、中云、高云及直展云的比例分别为30.2%、51.4%、17.3%和1.1%，平均云底高度、云顶高度及云厚分别为4.26、4.99、0.73 km。北京春季出现单层云频率最高，且存在多层云时顶层云最厚，其云厚与单层云云厚较为接近。与同步探空仪相对比，共61对含云匹配数据，二者计算的云底、云顶高度的相关系数为0.86、0.83，均方根偏差为1.31、1.74 km，探空观测的云底较激光雷达偏高。

实际应用显示搭载在风云三号A星(FY-3A)上的可见光红外扫描辐射计(VIRR)的两个分裂窗波段(IR4,~10.8 μm;IR5,~12.0 μm)存在定标偏差.本文选择高光谱卷积法,用AQUA卫星搭载的大气红外探空仪(AIRS/AQUA)和METOP-A卫星搭载的干涉式红外大气探测仪(IASI/METOP-A)的观测数据对VIRR/FY-3A的两个分裂窗波段进行交叉辐射定标.根据卫星轨道特点,选择北极地区(60°N~90°N,180°W~180°E)作为研究区域,并选择2010年6月、9月、12月以及2011年3月作为研究时间段.首先,分别将AIRS/AQUA和IASI/METOP-A数据与VIRR/FY-3A的第4波段和第5波段的光谱响应函数进行卷积;对观测数据进行重采样,并基于普朗克黑体辐射公式实现辐射值和亮度温度之间的转换.然后,使用两个相关的匹配条件提取VIRR/FY-3A分别与AIRS/AQUA、IASI/METOP-A在第4波段和第5波段的匹配观测点对.最后,对匹配观测点对进行回归分析,得到交叉辐射定标偏差订正方程的系数.结果表明AIRS/AQUA和IASI/METOP-A的在轨辐射定标非常一致.以AIRS/AQUA和IASI/METOP-A波段的辐射定标为标准,VIRR/FY-3A第4波段的平均定标偏差分别为2.39 K和2.06 K,第5波段的平均定标偏差分别为0.59 K和0.44 K.实验指出定标偏差与亮度温度有关.

2014年4月27日至2014年5月19日在“国家自然科学基金委2014年渤黄海共享航次春季航次”中，中国海洋大学利用自行研制的相干多普勒激光雷达在渤黄海32oN～40oN，118.5oE～125.3oE区域内观测海上大气边界层结构。相干多普勒激光雷达垂直指向发射激光和接收回波时，利用不同高度距离库内快速傅里叶变换谱的峰值计算了信号的信噪比，基于梯度法从信噪比廓线数据反演和提取大气边界层高度。该结果与同步的探空仪数据、Vaisala商业化的CL31型云高仪边界层高度进行对比，相干多普勒激光雷达结果与探空仪位温数据提取结果的相关性为79%，标准差为610 m；相干多普勒激光雷达与探空仪相对湿度数据提取结果的相关性为90%，标准差为370 m；相干多普勒激光雷达与云高仪获取结果的相关性为94%，标准差为320 m。

针对探空仪湿度传感器在高空低温、高湿恶劣环境下容易结露, 湿度波动大、电路板分布电容对测量结果有影响等问题, 研究了具有蛇形加热器的平板夹心电容式湿度传感器及其工艺制备方法, 并设计了测量电路。采用微机电系统(MEMS)加工工艺设计了加热式湿度传感器, 通过对传感器进行有限元分析, 确定了传感器表面加热区域温度分布情况, 得出了环境温度、加热功率与加热温度三者之间的函数关系。提出一种基于电容充放电及比较法的湿度测量电路, 从而有效地抑制了温度漂移和零点漂移, 减小了寄生电容对测量结果的影响。地面实验结果显示: 湿度传感器灵敏度约为2 3%RH·pF-1, 迟滞约为0.7% F·S, 重复性约为1.9%, 测量总不确定度约为4%, 时间常数约为0.5 s。本文研究的湿度传感器及其测量电路具有很好的温度稳定性, 能够在低温环境下正常工作。

最新研制的湍流气象探空仪是将温度脉动仪附加在常规气象探空仪上,实现了两路折射率结构常数、温湿压常规气象参数、温度谱等测量。通过在合肥和长春的实验表明该系统具有较高的测量精度和稳定性,在高空低温动态条件下探空仪系统噪声与温度脉动仪地面常温静态条件下的噪声相当。探空系统噪声引起的等效折射率结构常数小于2×10-18 m-2/3。能服务于激光传输、大气质量评价及天文台选址等相关领域对大气光学湍流研究的需要。