湍流大气中的光传输不仅涉及到随机介质中波传播理论,还涉及到大气湍流的复杂特性。随着高分辨成像技术以及计算机技术的不断发展,利用大气湍流激光传输成像方法,可以更加直观地获得大气湍流的时空分布变化特征,了解和掌握激光大气湍流传输效应以及湍流强度等信息,目前该方法的探测目标多为光学湍流特征量,而鲜有动力湍流特性表征量。常用的大气湍流激光传输成像实验多采用一端发射激光、另一端以漫反射屏接收激光光斑并拍摄记录的形式,这种方式不仅需要高功率激光器和野外操作人员,还存在远距离对光难、山地海岛地形限制等缺点。利用3M反光膜作为合作靶标,辅助以大口径望远镜、高速CCD等设备,可以将激光发射端与接收系统集成于单端,有效克服上述问题。因此,本文利用基于3M反光膜、集收发系统于单端的大气湍流激光成像探测系统（以下均简称基于反光膜的激光成像系统）,开展探测和研究工作,探测目标主要为二维横向风矢量以及感热通量,前者能够直接反映大气湍流的运动特性,它的准确探测在气象、航海、铁路和军事等方面都有着重要的意义,后者有利于了解近地面-近地面大气间的相互作用、城市大气污染物的传播扩散以及天气状态的变化。具体研究内容可以分为以下两个方面:（1）、提出了一种利用激光阴影图像探测大气湍流中二维横向风矢量的方法,通过数值模拟和实验研究分析了此方法的可行性。一方面,通过移动无限长相位屏模拟光传输路径上的横向风,采用基于归一化互相关原理的整像素搜索算法计算激光阴影移动速度,分析路径上横向风及其非均匀分布对激光阴影移动速度的影响。另一方面,开展了100m路径的激光阴影成像探测对比验证实验,获得水平方向上阴影移速与路径平均的横向风速之间的线性关系。结果证明利用短曝光激光阴影图像,获取路径平均的二维横向风矢量是完全可行的,并且该方法能够定量地展现激光传输路径大气湍流涡旋的发展和演化,对大气湍流中风场的遥测及相关工程应用具有重要的参考价值。（2）、利用基于反光膜的激光成像系统测量路径平均感热通量。开展不同天气条件下、传输距离为1km的激光传输实验,并在同一路径架设大气相干长度仪、气象传感器等设备进行同步采集,获取湍流强度信息和气象参数。定性分析了激光散斑运动特征的日变化和不同天气下的形态差异。利用激光散斑图像,分别从闪烁指数和质心漂移方差推算出大气折射率结构常数,结果表明闪烁法的计算结果存在动态范围小、弱湍流下探测结果偏大的缺点,而质心漂移方差法的计算结果与大气相干长度仪的计算结果十分接近。文章对这两种方法造成差异的原因进行了理论分析,最终选择了更为合理的质心漂移法推算折射率结构常数,结合气象参数获得路径平均的感热通量。通过此次实验,不仅直接观察到了激光散斑形态的时空变化特征,而且掌握了利用激光散斑图像计算非稳定层结下路径平均感热通量的方法,进一步扩展了基于反光膜的激光成像系统的应用范围。