中间层大气温度及时空演变特征对研究青藏高原中高层大气动力、热力学结构具有重要的科学意义。利用大气物理研究所设计建造的MARMOT激光雷达对青藏高原地区中层大气温度进行探测。介绍了MARMOT激光雷达的瑞利测温原理、系统构成及主要功能参数; 并利用格尔木夏季大气温度的激光雷达探测资料分析该地区中间层大气温度, 并与MSIS-00大气模式和SABER卫星数据进行对比分析, 获得了夏季格尔木地区中间层大气温度的初步结果, 并对激光雷达的温度数据进行验证。结果表明: MARMOT激光雷达探测温度与MSIS-00模式和SABER卫星结果整体上均具有较好的一致性; 在上中间层和低中间层, 激光雷达均比MSIS-00模式值、SABER卫星数据偏高; 在中中间层, 激光雷达与卫星数据均略低于模式值。

介绍了L625瑞利激光雷达系统结构以及基于瑞利散射理论探测大气分子数密度的原理.提出了反复迭代修正大气透过率的计算方法, 并通过模拟仿真验证了该算法的可靠性.通过误差分析得到影响大气分子密度不确定度的主要因素为回波信号信噪比以及参考点处大气分子数密度值, 给出了回波信号误差产生的主要来源以及参考点选取方法.最后, 分析了激光雷达16年观测数据反演的结果, 得到合肥地区大气分子数密度的月份以及年份分布状况, 结果表明: 中层大气分子数密度分布呈现明显的季节性分布特征, 冬季分布稀疏, 夏季分布密集, 随年份分布则较为平稳.通过将统计平均得到的密度廓线与1976美国标准大气模式比对分析, 发现由激光雷达观测反演得到的结果较模式值大, 二者的比值在1.05~1.13之间.

借助一套全新的地面高精度光电探测器强光感生噪声检测平台，建立了强光感生噪声精细结构扣除模型，同多通道信号接收技术相结合，改进了一台用于中高层大气温度探测的子午工程双波长三通道瑞利散射激光雷达数据的处理方法。处理后数据反演的大气温度廓线与TIMED卫星结果相比较，得到了很好的吻合。在35～85 km高度范围内二者反映了较一致的温度分布特征，30~55 km温度误差小于±5 K,55~75km温度误差小于±10 K。

为了解平流层大气温度变化规律，利用瑞利-拉曼-米散射激光雷达对南京上空平流层温度进行长期观测，对观测数据的分析表明: 夜晚平流层温度受到重力波的影响，重力波破碎会导致局部温度升高，温度相对变化可以达到12%；在季节变化的过渡月份(4月和10月)，平流层中低层温度会有所升高，对应的平流层高层温度降低；平流层温度月变化方面，除局部由于行星星际波的影响外，各月份平流层温度整体上相对比较稳定，激光雷达所测大气温度与大气模式温度具有一定的差别。最后，利用平流层温度廓线提取了重力波信息。