概述了有关雨滴谱测量的主要参数;分别讨论了传统的地面雨滴谱测量手段,它们普遍存在着测量 精度低、误差大、测量工作量大、实时性差等缺点；对测量雨滴谱的新型工具-激光雨滴谱仪的 测量原理进行了详细分析,对比传统的测量手段,指出激光雨滴谱仪在雨滴谱测量方面的优点; 给出激光雨滴谱仪在雨滴谱测量、降水测量和气象雷达因子校正等方面的应用;展示国内外激 光雨滴谱仪的研制及应用现状,介绍了中科院大气成分与光学重点实验室在激光雨滴谱仪研制方 面的工作进展,对近年来国内应用激光雨滴谱仪所开展的实验进行了简单论述。

2009年6月20日~7月20日,中国海洋大学利用研制的可移式多普勒激光雷达系统在珠海市国家气候 观象台(N22°4′54″, E113°12′50″)进行了 为期一月的大气观测实验。报道了可移式多普勒激光雷达系统及观测实验,介绍了大气边界层高度检测原理 及应用。利用一阶导数方法,对该系统实测数据进行了大气边界层高度检测和分析,讨论了有云存在时如何 同时检测云高和大气边界层高度问题。实验结果表明,该区域和时间周期内的大气边界层高度范 围在0.3~1.2 km之间,平均高度为0.66 km。

降水粒子识别在天气现象的自动观测、人工影响天气及天气雷达定标等领域有重要应用。针对降水粒子的形 状测量,总结了两种成像探测仪器的原理、主要技术指标、功能及应用情况；提出一种基于线阵CCD的降水 粒子狭缝摄像方法,分析了CCD对降水粒子的线扫描过程及粒子形状获取过程；构建了降水粒子测量的光学 系统,成像系统采用远心光路以提高测量精度,照明系统采用克拉照明以获得均匀照明；最后分析了待解决的问题。

对激光雨滴谱仪监测的降水粒子粒径、末速度、粒子数等信息进行分析,得到降水粒子的粒径-末速度函数和雨滴 谱等关系函数。通过计算得到的降水强度与气象数据对比,得到误差函数；根据误差函数建立降水量反演 算法,对降水强度进行修正得到修正后降水强度和降水量,修正后降水量误差减少了10%以上,最后给出降水类型的判断方法。

使用多次反射池FTIR系统在2010年12月对浙江地区两种挥发性气体乙炔(C2 H2 ）和乙烷(C2 H6 ）进行了监 测,通过对测量气体的吸收光谱进行光谱定量分析,获取了这两种组分的浓度信息,并分析了它们的相关性。研究结 果表明,该测量系统能以非接触的方式对空气中多种气体进行在线监测,及时反应测量区域内浓度信息。

水汽吸收线分布于整个中红外波段,它的存在干扰红外光谱的定量分析。分析了水汽谱吸收对测 量精度的影响。利用傅里叶变换红外光谱法分别测量了经过干燥处理的待测气体和未经干燥处理的待 测气体,并分别对两次测量中CO、CO2 、N2 O和CH4 浓度的测量精度及检测限进行了比较。实验表明: 对样气进行干燥预处理可以提高测量精度和检测限。

以自然水体为培养基对铜绿微囊藻(Microcystic aeruginosa)进行了为期95天的实验室培养。测量了铜绿微囊 藻不同生长阶段培养水体的三维荧光光谱和同步扫描荧光光谱,并且同步分析了藻类叶绿素a浓度和胞外微囊藻毒 素MC-LR浓度。结果表明：根据三维荧光光谱得到荧光信号A、信号X和信号C,分别代表类蛋白、海洋腐殖酸和类 富里酸。对各荧光信号强度与细胞外微囊藻毒素MC-LR浓度以叶绿素a浓度进行归一化,发现二者在藻类衰亡期具 有相同的变化趋势,且最大值出现的时间较为一致,两者表现出显著的线性相关性。因此,结合荧光光谱特征信 号和叶绿素a浓度可以实现对藻毒素MC-LR浓度的快速预测。就实验方法而言, Δλ=80 nm的同步扫描荧光光谱法 相对于三维荧光光谱法具有耗时少、测量简便等优点,可以完整反映荧光信号A、X和C的强度,更适合用于以藻 毒素快速预测为目的的水体荧光光谱在线分析。

大气有机碳(OC)和元素碳(EC)因其独特的环境、气候效应以及对人类健康的影响而成为世界各国 环境科学家共同关注的热点。热光法是OC、EC公认较成熟的测量方法,根据使用的光学修正方法不同,分为 热光透射法(TOT)和热光反射法(TOR),两种方法测量原理相近,但所得测量结果相差较大。通过深入分析 热光法的测量原理,研制了热光透射法和热光反射法模拟实验平台,通过对比实验发现导致二者测量结果差 异的原因是TOR的激光分割点要比TOT的提前一些。

日照时数是地面气象台站观测的基本项目。长期以来,我国主要使用暗筒式日照计进行日照时数观测,自动化程 度低,精度较差,资料可比性难以保证。随着技术的发展,国外出现多种自动日照计,而国内这方面研究较少,与国 外先进水平有一定差距。为了研制具有自主知识产权、可业务化应用的日照计,通过分析直接辐射式日照计的发展 现状和关键技术,认为基于直接辐射式的自动日照计有广泛的应用前景,重点需要解决传感器的辐射响应、传感 器设计与封装、太阳位置的自动跟踪、整机的结构优化等问题,提高仪器的环境适应性、长期稳定性和可靠性。

针对半导体激光云高仪回波信号所含噪声的特点,提出并详细论述了一种能够对半导体激光云高仪回波信号进行 有效消噪的小波自适应阈值方法。为了验证该方法的有效性,对包含高斯白噪声的模拟信号进行了仿真消噪,并对 半导体激光云高测量系统实际探测得到的大气回波信号进行了消噪处理。同时,将该方法与小波模极大值消 噪、小波分解重构、小波默认阈值的消噪效果进行了对比分析。仿真和实验结果表明,小波自适应阈值方 法能够有效降低半导体激光云高仪回波信号中所含噪声,并且其消噪效果明显优于另外三种小波分析方法。

OTSU法是最常用的利用图像的一维灰度直方图的阈值化方法之一,二维OTSU除了考虑像素点的灰度信息外还考虑 了像素点与其邻域的空间信息。由于红外图像不同于一般灰度图像的一些特征,有针对性的采用了二维OTSU对其 进行分割。通过与一维OTSU的相互比较可以看出,二维OTSU对近红外图像拥有更好的分割效果,能有效的分 割出炉管图像,对后期的温度监测和声光报警具有重要的意义,提高了高温炉的安全性。