湍流运动对天气气候的形成具有重要的作用,湍流的产生与发展过程都具有高度无序性和随机性,并且其对大气湍流运动强度大小和时空结构因素的影响较为复杂。温度脉动作为描述湍流的参数中最主要的物理量之一,对其数据探测的准确性及精确性都直接影响着感热及潜热通量的获取。温度脉动是指大气温度在短时间内微小温度变化量的叠加。目前,针对大气温度脉动数据的探测方法,超声波温差风速仪和白金丝温度脉动仪由于其响应时间短的特点,己被广泛应用于湍流通量的直接测定。然而,采用上述快速响应的设备测量单点温度脉动时,探测高度受到一定限制。利用搭载温度脉动仪等高响应、高灵敏度测温设备的探空气球实现大气温度脉动廓线探测时,探测时间较长,并且由于探空气球质量较小,导致在高空中会受到风的干扰,测量的数据的离散性较大。本文提出了基于光子相关光谱技术的温度脉动探测方法,温度脉动的实质是由分子热运动平均速度的瞬时变化引起。由于在大气中,分子受到周围不同介质的碰撞从而发生布朗运动,使得分子散射光频率相对于入射光频率产生多普勒频移,宏观表现为在一定散射角度下,散射光强随时间不断起伏涨落。通过测量瞬时变化的散射光信号强度,可获得包含被测气体分子的布朗热运动平均速度瞬时变化信息。为验证通过光子相关光谱技术测量散射光谱的可行性,论文从光子相关光谱的理论出发,基于布朗运动特性得到了散射光强度的归一化时间自相关函数与瑞利散射谱宽的关系。采用小波变换的信号模拟方法仿真得到颗粒的散射信号,验证了理论与反演算法的可行性。搭建了光子相关光谱测量系统,该系统主要由光源、入射和散射光路、光电倍增管、放大器、光子计数器和数字相关器组成。通过测量超细颗粒粒径标定了实验系统精度,最后利用大气模拟标定箱测量不同温度的瑞利散射谱宽,并与理论进行误差分析,最终证明了基于光子相关光谱的探测方法的可行性,为后续探测边界层的温度脉动廓线奠定了基础。