大气风场是表征整个地球大气系统动力学特征的重要参数，也是气象预报、空间天气、气候学等领域业务工作和科学研究必需的基础数据。被动光学遥感是大气风场测量领域的主要技术手段之一。本文综述了基于大气移动目标监测和大气光谱多普勒频移探测的两类天基被动光学大气风场测量技术的研究进展，主要介绍了云导风、红外高光谱水汽示踪、测风干涉仪和多普勒调制气体相关4种风场测量技术的基础物理原理和风速反演基本方法，根据每种星载被动光学测风技术体制分类及特点，介绍了代表性风场探测载荷技术研究进展及应用情况，探讨了星载被动光学大气风场探测技术的未来发展趋势。

CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。 为了提高MAI数据质量, 本文基于全量程多段分析与校正法, 利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据, 分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正, 并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。 首先, 假定观测样本足够多, 即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性, 则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性; 其次, 利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像, 并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值; 在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析, 结果表明, MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题, 各通道的不一致性大约在4%～10%之间, 对偏振通道而言, 同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性, 像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。 然后, 将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。 结果表明: 前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性, 即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化, 这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。 因此, 可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。 基于该方法校正后, MAI图像质量得到显著改善, 图像四周响应偏低的区域明显改善, 基本和周围像元的响应达到了同一水平; 图像更加平滑, 颗粒感基本消除; 部分区域的场景发生了变化, 特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。 基于GOME-2的交叉对比结果表明, MAI 565, 670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%, 4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%, 2.6%和0.4%; 此外, 基于多通道云识别方法开展的云检测表明, 校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。 因此, 全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性, 显著提高MAI在轨观测的质量, 且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。

2016年9月15日发射的TG-2空间实验室上搭载的MAI是我国首个在轨运行的多角度偏振成像仪, 主要用于获取云和气溶胶等大气环境信息。 星载遥感仪器的定标是观测资料定量应用的关键前提且贯穿仪器的整个寿命期。 MAI发射前已经进行了实验室定标, 且精度较高。 为了监测MAI发射后的在轨运行情况, 针对其未配置在轨定标装置的问题, 利用Metop-B/GOME-2可见光波段的高光谱分辨率和较高探测精度的优势, 提出了基于GOME-2对MAI 565, 670以及763 nm通道进行在轨监测及交叉定标的方法。 该方法首先通过时空匹配、 视线几何匹配等获取MAI与GOME-2相近时刻、 相近视线几何条件下的同目标观测数据, 再将GOME-2反射率按照MAI可见光通道光谱响应函数进行卷积, 得到各通道的参考反射率, 与MAI反射率进行对比分析, 从而实现对MAI的定标。 利用不同反照率特性目标的匹配观测数据, 该方法能够实现仪器的高、 中、 低端观测的全覆盖定标。 定标过程主要包括: （1）对2016年12月到2017年2月期间TG-2和Metop-B的运行轨道进行预报, 获取二者交叉观测的整轨数据; 设置观测时间差为900 s, 初步匹配得到8组MAI与GOME-2交叉观测样例, 包含2 455组匹配像元; （2）对匹配像元空间位置进行检验, 保留单个GOME-2像元覆盖的MAI像元数超过338的交叉样本, 以确保单个GOME-2像元尽可能被MAI观测充满; （3）给定GOME-2观测天顶角小于30°的限制条件, 同时设置视线几何检验条件为两仪器观测天顶角余弦的比值接近于1, 且相差不超过0.05, 并充分利用MAI的多角度观测优势, 对每一个MAI像元采用最多14个方向的视线几何进行匹配, 从而选择最优的视线匹配方向; （4）设置观测目标均匀性检验条件为一个GOME-2像元覆盖的全部MAI像元反射率的标准差和均值之比小于0.5, 对匹配像元进行检验, 得到469个匹配的GOME-2像元。 （5）将以上GOME-2像元对应的各个波长的反射率按照MAI可见光通道的光谱响应函数进行积分, 即可得到MAI各通道对应的GOME-2参考反射率。 （6）利用GOME-2像元空间分辨率显著大于MAI分辨率的特征, 对每个GOME-2像元覆盖的全部MAI像元反射率进行平均作为MAI反射率, 显著降低了定标结果对观测目标均匀性的依赖程度。 （7）将GOME-2参考反射率与MAI反射率进行回归分析, 得到定标系数, 实现对MAI的在轨交叉定标。 为了分析各匹配条件对定标结果的影响, 利用单一变量法对像元匹配过程中各检验条件阈值进行调整并开展了分析试验。 结果表明, 当进一步严格匹配筛选条件时, 定标结果不会产生显著变化。 基于该方法对MAI三个通道反射率和GOME-2参考反射率进行对比分析, 结果表明二者之间存在显著地线性关系, 且相关系数均优于0.97, 对比差异的均值分别为1.6%, 4.2%和2.3%, 标准差分别为3.1%, 4.1%和2.4%。 总体来看, 利用在轨交叉定标方法能够实现MAI可见光波段的在轨监测及定标, 为MAI数据的定量应用奠定了基础。

多角度偏振成像仪(MAI)采用背照式面阵CCD探测器, 用于定量获取云与气溶胶参数。暗电流是影响面阵CCD探测器数据质量及其定量应用的主要因素之一。为了分析CCD暗电流特征及其通道依赖性, 并改进CCD成像质量, 在分析MAI 0级数据特征的基础上, 提出基于夜间场景对MAI各通道暗电流特征进行分析的方法, 并于2018年2月2日—16日开展了MAI夜间场景观测实验。通过对比MAI挡光通道白天和夜间的观测结果可知, 白天和夜间观测到的暗电流特征无明显差异。故基于夜间观测数据对MAI 13个通道的暗电流特征开展分析, 结果表明：各通道暗电流分布均存在一定程度的非均匀性及“坏点”, 且单个通道的分布具有较好的稳定性, 但各通道之间存在显著差异。基于图像法对“坏点”进行校正, 基于线性、非性线关系对像元间的不均匀分布进行校正后, 暗电流图像的标准差由12.1%降至6.9%。以晴空洋面观测值为参考, 暗电流及“坏点”对像元观测的最大相对误差由9.1%降至3.0%。分析结果表明：相对于设置暗电流监测通道, 基于夜间观测的暗电流监测不仅可以监测各通道的暗电流特征, 还可以处理暗电流的通道依赖性问题。因此, 在后续的星载观测仪器设计中, 无需单独设置暗电流监测通道就可以直接利用CCD夜间观测对各通道暗电流进行在轨监测与校正。

通过分析1 550 nm全光纤机载多普勒测风激光雷达系统的测量模式特征, 给出飞机速度校正方法、机载系统风场反演模型和算法, 实现了机载大气三维风场的反演和显示软件。利用机载激光雷达的飞行试验数据, 结合实时测量的小球测风数据, 进行了风场信息的反演和结果的对比印证, 统计4个架次的风廓线测量结果, 两者的水平风速标准偏差小于1.4 m/s, 风向标准偏差小于10°, 相关系数都达到0.95以上, 从实验结果上验证了激光雷达的工作性能和数据反演算法的准确性。

红外大气探测干涉分光仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, IASI)能够获取平流层的大气温度廓线，而且由其 提取的大气温度扰动信息可用于平流层的重力波特征分析。基于神经网络方法，利用典型 大气廓线库和大气辐射传输模式建立了由IASI反演25 ～ 60 km高度范围内的平流层大气温度廓 线的算式，并结合再分析资料对反演结果进行了检验。模拟试验结果表明，平流层大气 温度反演的偏差主要在0 K附近且不超过1 K，均方根误差处在2 ～ 6 K之间，且50 ～ 5 hPa之间的均方 根误差在3 K以内。对比验证结果表明，本文的平流层大气温度反演与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)的再分析资料在总体上具有 可比性，而且反演速度更快，覆盖的区域更完整。

由于云对地球气候变化起着重要作用，对云进行监测是研究全球气候 变化的重要环节。目前，各国的气象专家和爱好者们都十分关注对云的监测研究，因此云检 测已经成为了当前的热点话题。利用日本的GMS-5气象卫星资料进行了云检测研究。采 用红外亮温法对云进行粗检测，然后利用相似离度法、空间一致性检测以及可见光反射率进行晴 空检测。最终结果表明，通过结合使用这三种方法进行云检测，能够很好地判断是晴空辐 射还是含云辐射。

作为云探测的主要遥感手段，毫米波测云雷达能够为云宏微观 参数的反演提供及时、准确和可靠的信息。毫米波云雷达探测器定标技术研究不仅能够 充分发挥其观测数据的使用效益，而且还可以提高观测质量。尽管毫米波测云雷达内定标系统具有 对主要工作参数进行自动检测和对探测结果进行修订的功能，可以保证探测结果的稳 定性和真实性，但是内定标系统并没有考虑天线特性以及不同部件之间的相互影响。 因此，针对外定标技术的研究工作显得尤为迫切。在国外机载毫米波测云雷达外定标实验 的基础上，介绍和分析了外定标技术，并拟制了外定标技术流程，为将来我国自行开展 机载外定标实验提供了参考和借鉴。

介绍了libRadtran辐射传输模式中对水云和冰云辐射特征(单次散射反照率、体消光系数和不对称因子)的参数 化方案,利用该模式对水云和冰云在0.65 m、1.64 m和2.13 m的反射率进行了模拟计算,并将计算结果与SBDART的模拟结果进行了比较。结果表明,在相同条件下,水 云的libRadtran的参数化计算结果要比SBDART米散射的计算结果要小,二者在可见光区域符合的较好,在近红外区 域相差较大；不同形状冰晶的参数化模拟计算结果要比SBDART球形米散射的计算结果更为详细和准确,libRadtran在考虑 冰晶形状时的辐射传输计算要比SBDART有优势。在云微物理参数反演需要预先计算的冰云辐射查找表可 以用libRadtran代替目前广泛使用的SBDART辐射传输模式。