本文提出了一种基于大气折射测量近地面(距地面10m以下的高度范围)大气温度梯度的方法。其基本原理是测量点光源经望远镜后在CCD图像传感器上成像位置(光斑的质心坐标)的变化来计算温度梯度。用自动安平水准仪来保证CCD不受外界因素(如风吹、抖动等)的干扰，为了修正商用水准仪温度效应引起的剩余误差，为其设计了专门的恒温装置。同时测量多个点光源质心位置的变化，在近地面最弱湍流强度的所谓“转换时间”，即温度梯度等于零的假定下，得到不同温度梯度时所对应的光源视在仰角变化量，再由光线弯曲和折射率梯度的关系，反演得到温度梯度。利用我们的测量系统可以实时、连续地测量温度梯度，具有较高的测量精度。理论分析和初步实验结果表明，该测量系统的探测精度可以达到3×10-6rad，温度梯度的精度为0.04℃/m。当光源与观测点距离L>500m时，灵敏度高于0.01℃/m。　　 本文共分三个部分，第一部分是文献综述，主要介绍了大气近地面温度梯度的光学测量方法：第二部分分为五章，分别介绍了系统的总体设计及组成温度梯度测量仪的安平装置、恒温系统、数据采集与处理系统和高精度防辐射铂电阻温度梯度测量系统。其中恒温箱可以使温度控制精度达到0.1℃以下；在室内条件下，精度可以达到0.01℃；铂电阻温度梯度测量系统温度测量的相对精度可以达到0.035℃以下；最后一部分介绍了近地面温度梯度测量的野外实验，并用实验数据反演得到了温度廓线，进而得到相应的温度梯度。用折射法反演的温度值与实测温度最大差值约0.2℃，相关系数为0.99。用折射法测量结果反演的温度梯度与铂电阻测量结果相关系数0.99。