气溶胶光学厚度不仅是计算气溶胶含量、评价大气环境污染程度、研究大气辐射传输等领域中的一个关键 因子,而且在大气辐射传输方程的求解过程中,是透射函数、反射函数等重要参数的基本 参数。通过分析气溶胶光学厚度的影响因子,搜集整理典型天气气溶胶粒子复折射率资料和粒子谱 分布观测数据,建立典型天气气溶胶粒子复折射率数据库,基于气溶胶粒子谱分布实验数据完善了大 连地区典型天气气溶胶粒子谱分布模型,再结合大气能见度等大气参数,利用米散射理论计算了气溶胶 消光光学厚度。

研究了大气热晕效应自适应光学(adaptive-optics, AO)位相补偿数值模拟方法。利用自主开发的高能激光大气 传输四维数值模拟程序对准直光束瞬态热晕位相补偿进行了模拟,定量分析了不同的热晕强度下, 变形镜驱动器布局 对位相补偿效果的影响。数值模拟结果表明,变形镜驱动器的布局对AO系统闭环控制的稳定性影响较大,不同 的布局使得驱动器控制信号的方差存在较大差异,选择合适的驱动器布局可以改善AO系统闭环控制的 稳定性,提高位相补偿不稳定性发生的阈值。

分析了大气折射对光电系统目标定位的影响,推导了目标实际位置和探测位置计算公式。以美国1976标准大气模 型为基础,仿真了不同距离、不同仰角情况下,光电系统定位位置和目标实际位置的误差,给出了目标定位修正 的补偿值,可应用于光电探测系统目标定位的补偿修正。

利用2013年2月8～19日合肥地区获取的大气颗粒物和常规气象观测资料,依据烟花爆竹燃放、降水过程、相对湿度 和风速特点,分析了PM2.5质量浓度在不同气象条件下的变化特征。结果表明:合肥春节期间PM2.5质量浓度平 均值为58.3 μg/m3,仅出现两个PM2.5质量浓度污染日；城市居民集中燃放烟花爆竹引起PM2.5质量浓度 急剧增大,但主要排放PM1;降水过程对PM2.5质量浓度具有湿沉降作用,过程降水量越大, PM2.5质量浓 度湿沉降量越大; PM1、PM1～2.5 和PM2.5～10与相对湿度的相关系数分别为0.45、0.26和－0.07,粒径 尺度越小的颗粒物吸湿增长特性越显著; PM2.5质量浓度演变与风速呈负相关,两者的相关 系数为－0.33,风速越大,越利于颗粒物扩散。

主要研究了一种利用非色散光学法进行NO2 浓度检测的技术,其基本原理是利用NO2 在紫外可见光波段有 较强吸收的特点,根据朗伯-比尔定律通过预先标定好的气体吸收率与浓度的关系曲线来推导气体浓 度信息。在实验室使用光谱仪、氙灯和已知浓度的一系列标准样气进行实验,从光谱仪测得 的290～410 nm范围的光谱数据中选取带宽为5 nm的四个波段,分别计算不同气体浓度下的吸收 率,然后分别与浓度作多项式拟合。通过对比不同波段范围和拟合阶次下的拟合相关系数,确定 了一个拟合效果最好的波段和拟合阶次,为滤光片的选择提供了依据。

为了确定非理想透镜组偏振效应和偏振片的透过轴角度误差对气溶胶偏振探测仪偏振测量 精度的影响,首先,利用Jones矩阵描述透镜组的偏振效应,结合入射光相干矩阵推导了气溶胶 偏振探测仪前置光学透镜组的起偏度；其次,利用Mueller矩阵方法推导了综合考虑入射光 偏振态、透镜组起偏效应和偏振片透过轴方位角误差影响下的气溶胶偏振探测仪的偏振 测量误差;最后,通过计算得到透镜组的起偏度和仪器的绝对偏振度测量误差。根据 计算, 0.67 μm通道透镜组最大起偏度和仪器最大绝对偏振测量误差分别是0.3143和0.2838; 1.64 μm通道透镜组最大起偏度和仪器最大绝对偏振测量误差分别是0.3249和0.2937。结果显 示,仪器的主要误差源是非理想透镜组的偏振效应,未经标定的气溶胶偏振测量仪存在严重的测量误差。

利用镜面反射模型,在可见光和近红外波段内,在自然光照条件下,对铝板和水泥地面对s光和p光的反 射率以及反射光的偏振度、光强对比度和偏振对比度进行了理论推导和数值计算。研究表明, 在自然光照条件下,目标的偏振特性来源于其对s光和p光反射能力的差异,这种差异受到入射 角度、入射波长、目标表面的粗糙度以及目标表面材料折射率等因素的影响,并直接影响着 目标和背景反射光光强对比度和偏振对比度的大小。目标与背景材料表面特性的研究对复杂背 景下目标的有效探测具有重要的理论意义和应用价值。

利用2008年冬季和夏季星载激光雷达CALIOP版本3一级数据产品,分别对北半球两个季节CALIOP 532 nm垂直通道和平行通 道的瞬态响应进行统计分析,对比可知北半球冬季和夏季的瞬态响应具有明显的差异。由于南极大陆和格陵兰岛常年 被冰雪覆盖,利用CALIOP在该区域的数据得到532 nm垂直和平行通道的瞬态响应函数作为冰雪后向散射特性,并以 此作为判断冰雪的依据。北半球冬季有41.8%的数据点和夏季数据点的特性保持一致,表明这些点未被冰雪 覆盖。而其它58.2%的数据点的特性和南极大陆以及格陵兰岛数据点特性一致,表明这些点被冰雪覆盖。

为了使简便易携的DTF-6太阳辐射计适应野外复杂多变的恶劣环境,并能够实现户外全自动无人看守测量,研 制了基于DTF-6的全天候太阳辐射计自动防护系统。从系统的总体控制方案出发介绍了系统的机械设计、单片 机自动控制系统设计、上位机软件设计等部分内容。在自动防护模式下DTF-6的视日运动跟踪模拟实验、 系统的防雨自动控制模拟实验结果表明自动防护系统可以实现太阳辐射计的全天候自动测量及防护功 能,具有一定的合理性和可靠性。

温度脉动仪是测量大气光学湍流强度折射率结构常数的重要仪器,由于温度脉动仪测量的是大气温度的 快速起伏变化,在进行温度脉动仪标定时,对温度脉动信号进行准确高效的采集是确保标定实验成功的 前提。针对双通道风洞式温度脉动仪标定系统编写了基于PCI-1002 高速采集卡的多通道数据采集 软件,应用成熟的GUI框架MFC,结合Windows系统下的高精度定时器,对不同通道下的温度脉动信号 进行了实时采集,并实现了数据的实时显示、存储和初步计算。实验结果表明该数据采集系统可以 方便地完成信号采集、处理、存储和显示,从而为后续的标定实验提供可靠的数据支持。

Fabry-Perot标准具是532 nm多普勒测风激光雷达的核心部件,其参数和加工精度直接影响整个系统的灵敏度和风 速测量的精度。对不同波长的回波信号进行模拟,分析所选测量激光波长532 nm的原因。通过对系统的灵 敏度和测量精度进行分析,优化设计标准具的主要参数,分析认为,标准具的自由光谱区为9 GHz,带 宽1.75 GHz,两边缘通道峰值间隔4 GHz,锁定通道与边缘通道峰值间隔为1.125 GHz时,系统的灵敏度 和测量精度最优。通过模拟计算标准具的主要缺陷对透过率的影响,确定标准具的表面加工精度要 求5 nm,平行调节时腔长的最大差值要求小于10 nm。

为提高在微变形镜应用中静电微致动器的冲程,设计并讨论了一种基于双端固定梁为上电极、曲面 电极为下电极的异面微致动器。利用Rayleigh-Ritz方法,求解了致动器的静态特性。计算过程 中,考虑了梁长度增大引起的抗拉应力和器件制造过程中残余应力的影响。通过研究不同的曲 面电极轮廓形状对于致动器冲程的影响,得到了500 μm长的梁在300 V的驱动电压下其冲程 最大能达到14.1 μm。