光学气体吸收池可以模拟气体分子的吸收环境并提供较长的吸收光程，因此被广泛应用于气体分子光谱测量以及痕量气体检测等领域。从常温和变温两个角度综述了光学气体吸收池的发展历程，首先介绍了应用于常温气体测量的White型、Chernin型、Herriott型、环型光学气体吸收池的结构原理以及相关应用，并分析了相应的优缺点；随后总结了应用于变温气体测量的光学气体吸收池的技术工艺、主要性能指标、结构特点及应用；最后，对光学气体吸收池的发展前景进行了展望。

为研究强湍流效应下大气湍流外尺度与内尺度对高斯波束光斑漂移特性的影响，首先利用修正的von Karman谱，分别推导出高斯光束在聚焦和准直条件下传输的光束漂移方差表达式，并且利用实验数据进行验证；进而根据所推导的光束漂移表达式，利用数值分析方法，对不同内外尺度条件下的光束漂移特性进行研究。研究结果表明外尺度的增大会加强光束漂移效应，而内尺度的变化对光束漂移特性无显著影响。

为了分析大气折射导致的定位误差，采用转动拉曼激光雷达测量的回波信号反演了大气折射指数廓线，根据目标定位误差理论获得不同高度处目标物的仰角定位修正值和距离定位修正值。研究结果表明：相同高度处目标物的仰角定位修正值和距离定位修正值随视仰角的增大而减小。当视仰角为10^o时，位于10 km高度处目标物的仰角定位修正值为4.49'，距离定位修正值为10.37 m；当视仰角为40^o时，相同高度处目标物的仰角定位修正值为1.19'，距离定位修正值为 2.80 m。该结果对目标定位误差的修正有一定的参考价值。

精准的大气能见度预报对空气污染治理、保障公共交通安全等方面具有重要意义。基于2019年12月1日至2020年9月23日国家气象信息中心观测的大气能见度站点数据，分别采用ConvLSTM模型和PredRNN模型对中国中东部地区的能见度进行12 h预报，并对这两种模型的预报结果进行评价。试验表明，PredRNN模型相对于经典的ConvLSTM模型在大气能见度预报、图像质量评价指标和预报指标上都有更好的表现。此外，分析还表明，相对于ConvLSTM模型，PredRNN模型对4000 m中等级别雾区预报效果随时间延长有明显提升。

从光学工程应用的角度对全国云量情况进行了研究，重点分析了全国陆地主要地区云量总体平均情况、冷暖半年、昼夜变化等三个方面云量历史数据，研究结果表明：全国陆地主要地区总云量和低云量分布区域基本呈北少南多的情况；冷暖半年云量分布有较明显的差别，暖半年云量高于冷半年的站点区域占全国较大面积；昼夜云量分布区别主要体现在西部地区白天低云低值区会有中高云存在。在云量总体平均情况、冷暖半年、昼夜变化的分析基础上进而讨论了全国云量区域的分级情况，结果表明适合光学工程应用的1级区主要分在北方。结果有助于了解全国适于开展光学工程应用的区域，并可为进一步研究云量对光学工程应用产生的定量影响提供参考。

采用OPAC (Optical Properties of Aerosols and Clouds) 模型提供的沙尘粒子谱分布和复折射率参数，结合多个入射波长，对群体沙尘气溶胶粒子的退偏振比进行了数值模拟计算。计算获得1064 nm、532 nm和355 nm入射波长下，不同轴比超椭球模型的沙尘气溶胶粒子群体的退偏振比分别为0.317，0.397和0.446，其中1064 nm波长的仿真结果与实际观测结果一致性最好，其次是532 nm波长的仿真结果，355 nm波长的仿真结果和实际观测结果有较大差异，其可能原因为采用了相同数目偶极子导致计算误差增大。本仿真研究中建立的非球形粒子散射模型和数值计算方法，为深入理解沙尘气溶胶光散射特性和研制多波长偏振激光雷达提供了理论基础。同时，多波长偏振探测也为气溶胶混合态和污染型气溶胶生成机理研究提供了重要的技术手段。

针对如何充分提取和融合红外与可见光图像典型特征的问题, 提出一种基于空间多尺度残差网络的图像融合算法。首先, 将源图像输入基于空间多尺度残差模块组成的编码器网络, 通过源图像重建任务, 训练编码器自动获取重要特征信息的能力；然后, 引入特征金字塔结构, 设计了特征通道自注意力机制, 编码器输出的基础层和细节层进行融合, 减小尺度噪声, 并由解码器重构出融合图像；最后, 利用公开数据集进行定性和定量实验, 证明了改进算法在突出红外图像目标和保留可见光图像纹理细节两方面的优势, 相比于DDcGAN算法, 新算法的标准差和平均梯度分别提升了12.91%和47.41%。

为研究新型冠状病毒肺炎疫情防控期间乌鲁木齐市空气质量变化特征及其影响因素，选取了2020年乌鲁木齐市两次疫情严格防控期间 (2020年1月26日至3月21日和7月20至8月29日) 及疫情前后，以及2019年相同时期地面观测站的逐小时空气质量指数 (AQI)、颗粒污染物 (PM_2.5、PM₁₀) 和气态污染物 (SO₂、NO₂、CO、O₃) 的数据进行对比分析，探究了气态污染物对颗粒污染物二次合成的贡献，并利用地理探测器对影响空气质量的因子进行了定量探测。结果表明：与2019年同期相比，2020年乌鲁木齐市两次疫情防控期间，除O₃外，PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO浓度都呈现下降趋势，分别减少了36%、55%、10%、18%和49%；而同疫情严格防控期相比，2020年疫情前后期的AQI、颗粒污染物浓度及气态污染物浓度都要高。说明疫情防控措施在一定程度上减少了乌鲁木齐市颗粒污染物和气体污染的浓度，改善了空气质量。单因子探测结果显示空气污染指标中CO和PM_2.5是主导因子，气象因子中气温对空气质量的影响相对较大；交互因子探测结果表明，空气污染物PM_2.5和PM₁₀在其他因子的交互作用下对AQI的影响最明显，而气象因子中相对湿度结合其他因子的交互作用对AQI影响较明显。说明乌鲁木齐市的空气质量是多种因子相互作用的结果。本研究为乌鲁木齐市空气质量改善和大气污染防治工作提供了理论参考。

离轴积分腔输出光谱技术具有实验装置简单、灵敏度高、响应时间快等特点，常被应用于一些超高灵敏度的气体探测领域。高反射率镜片作为系统的重要组成部分，其反射率是影响整个光谱系统测量准确性的重要因素之一。结合射频噪声源搭建了一套离轴积分腔输出光谱测量系统，首先以CH₄气体在6046.96 cm^-1处的吸收谱线作为研究目标，对不同压力下有无噪声源时的腔镜反射率进行了标定研究，结果表明在有无噪声源两种不同条件下标定的镜片反射率具有一致性，而且反射率随着压力的增加有降低的趋势，计算得到的镜片最高反射率约为0.99992。进而对有无噪声源时0.4 μmol/mol浓度下的CH₄测量信号进行了研究，发现引入噪声源后，虽然降低了信号的峰值高度，但信噪比提高了约1.3倍，最小可检测浓度为0.0045 μmol/mol，表明该系统可有效用于大气环境以及工业应用过程中的CH₄高灵敏度测量。