气溶胶在大气辐射收支平衡、气候变化、降水、云的形成以及环境污染方面扮演着重要的角色。为了实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化测量，2019年3月使用大气环境星气溶胶碳探测激光雷达（ACDL）的机载缩比系统（Air-ACDL）在中国山海关地区开展了机载观测试验。试验完成了不同污染天气、不同高度以及不同地表类型下的多架次观测。将六天飞行试验得到的机载高光谱激光雷达（HSRL）测量的气溶胶光学深度（AOD）分别与地面站点的太阳光度计和卫星遥感数据进行对比分析，其相关系数R均达到0.90以上，其样本数量分别为86与2200。基于机载HSRL的观测数据，提出了适用于Air-ACDL的气溶胶分类方法，并对山海关地区的气溶胶进行了分类研究。使用后向轨迹传输模型、云气溶胶激光雷达和红外探路卫星观测（CALIPSO）气溶胶分类结果，以及Aura卫星臭氧监测仪（OMI）传感器等数据验证Air-ACDL测量的气溶胶分类的可靠性。多架次Air-ACDL观测结果表明：相比于传统激光雷达气溶胶分类方法，基于Air-ACDL的气溶胶分类方法能够对气溶胶进行更加准确的分类；山海关地区地理位置特殊，观测期间，当地气溶胶除由本地供暖等活动产生的城市气溶胶之外，还有受大气传输影响来自内蒙古地区的沙尘气溶胶，以及来自东南渤海地区的海洋气溶胶。

基于 2005-2013 年 POLDER-3 多角度偏振观测资料, 通过最新开发的可以实现气溶胶光学特性及组分信息同时反演的气溶胶组分卫星反演方法获得全球气溶胶综合产品, 并利用 AERONET (Aerosol Robotic Network) 全球站点观测资料对反演获得的气溶胶光学辐射特性产品进行了综合评价分析, 讨论了气溶胶组分反演方法的适用性和先进性。结果表明, 气溶胶组分反演方法应用于多角度偏振观测中, 不仅可以获得高精度的多个波段气溶胶光学厚度 (AOD) 产品, 还可以获得多个波段吸收性气溶胶光学厚度 (AAOD) 以及不同波段组合下 (440/670 nm, 670/870 nm, 870/1020 nm, 440/1020 nm) ngstrm 指数 (AE) 等气溶胶光学辐射特性产品, 并且这些气溶胶光学特性反演产品都具有较小偏差, 表明气溶胶组分反演方法能够更好地对观测数据实现拟合, 获得更丰富更精确的气溶胶卫星反演产品, 为进一步优化算法并提供更加精确的卫星产品奠定基础。

运用扫描电迁移率粒径谱仪对比测试自制软 X 射线中和器 (CM-SXR) 与商业化 TSI 高级气溶胶中和器 (TSI-SXR)。研究结果表明, 对于 20 nm 以上颗粒物, 在差分电迁移率分析仪 (SMPS) 筛分负电荷模式下, 对不同颗粒物 (聚苯乙烯乳胶颗粒、硫酸铵及氯化钠颗粒、室内空气颗粒) 的测试均显示, 使用自制中和器比使用 TSI 中和器测量所得的颗粒物数浓度要高, 浓度差异最大达 40%; 而在筛分正电荷模式下, 其结果正好相反, 最大浓度差达 77%。 造成上述差异的原因可能是由于软 X 射线在两种中和器中放置位置不同而导致放射程度不同以及停留时间存在差异, 从而最终导致中和器中颗粒物正负电荷分布不同。

高光谱分辨率激光雷达能够在无需假设激光雷达比的情况下,实现气溶胶光学参数的高精度定量观测。研制了一台用于气溶胶光学特性观测的机载高光谱分辨率激光雷达,并将其用于机载观测试验。针对气溶胶光学参数反演算法进行相应改进,选取不同飞行区域和不同飞行架次的试验数据进行反演,结合太阳光度计、大气污染物输送扩散轨迹模型HYSPLIT和卫星数据等对气溶胶特性进行分析。分析结果表明,不同区域的气溶胶光学参数有明显差异:在城镇、工厂等人类活动频繁的区域,气溶胶的消光系数最高超过1.2 km -1,激光雷达比随高度变化较大,最大可达60 sr,0~3 km高度层的气溶胶光学厚度集中在0.7~1;山区和海洋区域气溶胶的消光系数集中在0.2~0.8 km -1,激光雷达比随高度变化较小,数值集中在5~30 sr,0~3 km高度层的气溶胶光学厚度集中在0.3~0.7。气溶胶的分布受风、天气、污染过程等气象条件的影响,不同日期同一区域的气溶胶光学特性也受大气污染物输送扩散等因素的影响。

云和气溶胶偏振激光雷达(CALIPSO)卫星数据是探测大气气溶胶特征的有效工具。采用CALIPSO 数据对37.1°N，113.3°E ~ 38.6°N，117°E 之间地理区域的强霾天气、沙尘天气、生物质燃烧污染天气和清洁天气的气溶胶消光系数、退偏比、色比以及温度廓线进行对比分析，结果表明：1) 强霾天气主要是球形度较高的水溶性细粒子污染，集中在地表1 km 以内，常伴有逆温无风或弱风现象出现；2) 沙尘天气垂直分布广，可存留在高空，非球形度高，粒子尺度不均匀，风速偏大；3) 生物质燃烧污染天气主要是集中在中低空的细粒子污染，黑碳成分高，消光系数大，常伴有污染性沙尘共同存在。三种污染天气廓线有很大不同，说明不同污染天气的气溶胶垂直分布的差异很大。

外部噪声和环境温湿度变化对光声池性能的影响是光声光谱技术在实际大气气溶胶吸收测量应用中遇到的主要问题。 详细分析了环境温湿度变化引起的共振频率漂移对光声信号的影响, 提出了抑制流动噪声和采样泵振动噪声的方法, 研制完成了一套测量大气气溶胶吸收的光声光谱系统, 探测极限为1.4×10-8 W·cm-1·Hz-1/2。 利用NO2气体在532 nm的吸收对光声池进行了标定, 并对实际大气气溶胶的吸收特性进行了测量, 结果表明光声光谱测量系统可以满足自然悬浮状态下的气溶胶吸收系数的实时测量。

提出平均散射相函数，更为准确地反映了云滴粒子的角散射强度分布特性；基于概率论和随机迁移理论，以马尔可夫数据链的形式建立多次散射随机分析模型，借助蒙特卡罗仿真得到给定通信几何构架下的非视距大气光散射链路路径损耗特性；针对大气链路中有无云存在两种实际，从大气气溶胶散射和云散射两个方面分析非视距大气光散射链路的最优化通信构架设计；通过模型仿真结果与实地实验数据的对比验证了分析的合理性。结论与波长相关，实验及仿真均采用808 nm波长的激光二极管(LD)作为光源。

针对含粒子参与性介质内红外辐射传输与光谱特性开展了数值方法研究.推导了辐射传输方程的球谐函数(PN -Approximation)分解形式，建立了求解非线性各向异性散射介质内红外传输的任意阶PN方法.基于辐射—导热耦合换热模型，通过已有理论解验证了高阶PN方法的计算精度.经验证，对于非线性各向异性散射问题，文章建立的任意阶PN方法的计算精度非常高，对高阶散射相函数处理地十分简便，该方法对含气溶胶大气的红外传输问题计算非常适合.最后计算了2~5 μm含气溶胶大气红外辐射传输特性，研究了各向异性散射对大气红外传输特性的影响.研究结果表明： 非线性各向异性散射对于大气红外光谱辐射强度起到了削弱作用；同时对于强吸收谱带，散射也会削弱方向辐射强度.