近年来由于人类的活动对大气环境的影响,温室效应,雪灾天气,干旱无雨等异常气候现象发生频率逐年增加,因此研究边界层内的大气温度状态的变化,对解释地球温暖化等其它异常气候现象,提高局部气象预报的准确度,具有重要的研究意义。论文依托西安理工大学大气遥测研究中心的同轴激光雷达研究平台。研究纯转动拉曼散射激光雷达实现边界层底层大气温度的高精度探测的方法和关键技术。通过系统的分光及数据采集系统的优化设计,解决了在白天强烈的太阳背景光分离出相对于米散射和瑞利散射信号要弱3～4个数量级的拉曼散射信号的技术难点。系统选用355nm波长的激光作为光源,利用高分辨率光栅将回波信号在空间上分离,再用小孔光阑结合两级窄带滤波片分离353.9nm和352.5nm的纯转动拉曼信号,实现了对瑞利散射和米散射信号高数量级的抑制率,为白天温度测量提供技术保障。论文构建了纯转动拉曼散射激光雷达系统,并对大气后向纯转动拉曼散射回波信号进行了多次实验观测、大气温度的数值反演计算,与西安气象局探空气球数据进行比对及系统校正,实现了大气温度精确探测。最后对系统的信噪比进行了详细的理论分析,获得了系统的测温精度。在激光能量为300mJ,测量时间为8分钟(约10000次脉冲累计平均)时,可以精确测量大气边界层底层2km以内的大气温度分布,测量精度达到1K。理论分析与实验结果表明,系统已具备了进行高精度全天候测量的能力。