大气环境喷流微等离子体是一种微尺度的非线性非平衡等离子体系统。极大的应用需求推动了微等离子体研究的发展,只有更深入地理解主导微等离子体的物理机制和非平衡特性,我们才能够更有效地利用微等离子体。本论文以实验手段研究大气环境喷流微等离子体的非平衡性质。论文工作包括四个方面,第一测量放电电流和气体流量所张开的二维参数空间微等离子体中氮气的振动和转动温度。实验数据说明氮气的振动温度与气体流量正相关,而与放电电流负相关;氮气的转动温度与气体流量负相关,而与放电电流正相关。在该微等离子体系统中氮气振动自由度优先于转动自由度获取能量。第二是设计成像扫描光谱方法获取二维空间解析的微等离子体中氮气的自发辐射,从而得到二维温度分布。在微小的放电空间中,微等离子体具有极高的温度梯度。氮气的二维温度图横向尺度与纵向尺度相当。氮气振动温度和转动温度的二维分布和饱和曝光图像证实了双层放电现象。第三我们研究了水为电极的大气环境氩气喷流微等离子体宏观时间尺度上的演化性质。引入图像分析方法,我们定量地测量了微等离子体长度和微等离子体总光度随时间的变化曲线。相比于水为正极的微等离子体,以水为负极的微等离子体的长度随时间呈指数增长,而微等离子体的总光度光变曲线类似于逻辑斯蒂曲线。微等离子体与水电极的相互作用驱动了宏观时间尺度上微等离子体的非线性演化,而在微观时间尺度上,水为负极的微等离子体具有极其强烈的不稳定性。第四当水为正极和负极时,微等离子体的不稳定形表现得极为不同。当水为正极而放电电流由低到高增长的过程中,微等离子体逐渐从弥散的辉光放电态转变为空间有序的斑图态,如在水面产生同心圆环。而当水为负极,放电电流由高到低减弱的过程中,微等离子体逐渐从轴对称弥散辉光放电态转变为辉光放电和丝状放电的混合模式,在某种条件下,我们观测到了自形变现象,即微等离子由轴对称的圆喇叭形变为矩形喇叭。