自进入工业化社会以来,由于人类广泛使用化石燃料以满足日益增长的工业化活动,大气中以二氧化碳为代表的温室气体急剧上升,随之产生的温室效应也愈发明显。研究二氧化碳气体的源汇变化对了解温室效应有重要意义。差分吸收激光雷达作为一种监测大气二氧化碳浓度的有效手段,具有精度高,可全天候工作等优点,其应用得到了越来越多的国家关注。因此对差分吸收激光雷达系统的相关技术问题展开研究,对以后研制我国自主的探测设备具有重要意义。本文首先研究了差分吸收激光雷达的基本原理,深入分析了波长漂移及水汽干扰对系统绝对误差带来的影响,并利用随机误差传递理论计算出系统随机误差与信噪比之间的关系。在理论分析的基础上搭建了实验系统,并对其精度进行了标定。获得了上海地区连续多天的二氧化碳浓度观测数据,数据表明差分吸收激光雷达的测量结果与点探测器没有明显的一致性,在大气环境稳定的情况下,两者具有比较吻合的趋势,但在复杂天气下,点探测器的抖动明显变大。本文创新点主要体现在以下几个方面:1)提出了一种基于时间测量法的偏频锁定技术,利用共焦腔法布里-珀罗干涉仪,实现了对OFF激光器的偏频锁定,频率锁定精度优于0.1MHz;2)提出了基于激光器扫频的系统定标方法,系统可以在正常工作状态下随时完成标定过程,并且一次标定就能获得系统随机误差和零点的数据,测量结果表明本系统的系统随机误差优于0.525%。3)获得了上海市虹口区上空连续多天的二氧化碳浓度监测数据,特别是获得了复杂气候条件下二氧化碳的浓度变化,为二氧化碳变化规律提供了宝贵的实验数据。本系统为国内首台可以全天候连续工作的测量大气二氧化碳浓度的差分吸收激光雷达系统,并较为详细的分析了系统搭建所涉及的波长选择、频率稳定、定标等关键问题,对国内开展相关工作具有一定参考价值。