从能见度定义出发，提出采用SBDART辐射传输模式结合CALIPSO卫星数据求解辐射传输方程，对华北地区斜程能见度进行了详细的仿真与分析。首先，使用SBDART模式结合CALIPSO卫星数据获取实际条件下天空背景辐射亮度。然后，根据斜程能见度探测原理，得到斜程能见度所处区间，进而采用δ-二流近似估计区间内部辐射亮度分布，从而反演得到精确的斜程能见度。结果表明，采用CALIPSO卫星数据结合SBDART模式模拟大气辐射传输过程，计算结果与MERRA-2辐射数据变化趋势一致，相关系数达到0.949；使用δ-二流近似能更加高效地模拟辐射传输过程，且提出方法结果与SBDART模式保持较好的一致性，两者相对误差在14.3%以内；当斜程能见度小于1 km时，使用提出方法反演斜程能见度同经验公式相比误差约为7.1%，且适用于15°以外以及向上观测的斜程能见度探测。

以北京市2015年1月11-17日发生的连续灰霾污染过程为例，采用地基和星载激光雷达联合观测，反演得到气溶胶的垂直分布特征。由MODIS卫星遥感数据和HYSPLIT后向轨迹模式分析得出污染来源和传输路径，结合地面空气质量和气象观测数据揭示了本次污染的成因。结果发现，根据激光雷达数据反演的近地面气溶胶消光系数与地面PM2.5浓度变化总体较为一致，而气溶胶边界层高度与PM2.5浓度呈相反变化趋势，且最低边界层高度为500 m。污染期间为小风高湿天气，地面平均风速和相对湿度分别为1.35 m/s和66%，连续多日逆温层的出现抑制了污染物在垂向空间的扩散传输，逆温强度高达5℃，这两方面因素导致污染物的持续积累，最终，在16日凌晨，PM2.5浓度达到448 μg/m³。污染最后在16日偏南风的作用下得以解除，PM2.5浓度的下降速度达到82 μg/（m³·h）。观测期间，PM2.5与NO₂、CO的相关系数分别为0.766和0.901，呈显著正相关，可见NO₂等气态前体污染物转化而来的二次气溶胶是霾的重要来源。综合分析表明，本次污染以灰霾为主，由区域传输和局地排放的气溶胶叠加、累积而成，河北南部及河南、山西等地的污染物随高空气团传输到北京地区，与本地排放的污染气溶胶混合在一起，导致污染加重。

近年来，太原盆地气溶胶污染比较严重。为探讨太原盆地气溶胶垂直分布及气象要素的影响，本研究团队应用CALIOP气溶胶资料、地面观测站资料获得了太原盆地2018—2020年气溶胶消光系数的垂直分布；基于HYSPLIT后向轨迹和聚类分析方法，结合CALIOP气溶胶类型数据、NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS高空和地面常规观测资料对太原盆地不同来源的气溶胶的垂直分布、类型及天气形势进行了探讨。结果表明：太原盆地霾日气溶胶消光系数的最大值为1.22 km^－1，消光系数随着高度的增加而减小；晴日消光系数的最大值为0.33 km^－1；新疆和内蒙古方向的气团对太原霾日的贡献最大(46%)，其次为来自本地的污染气团(39%)；太原盆地受西北或偏西气流的影响，同时在低层暖平流的控制下，易聚集污染沙尘型气溶胶；在静稳天气背景下，低层暖平流导致逆温层形成，地面弱气压区及弱风速区使污染物不易扩散，容易聚集污染沙尘型气溶胶和大陆污染型气溶胶；地面上，太原盆地处于高压底前部，地面风速较大，700～850 hPa处的冷平流将高纬度的污染物输送至太原盆地，气溶胶以沙尘型气溶胶为主，气溶胶抬升高度较大。

利用CALIPSO卫星提供的2级气溶胶层产品,通过统计分析多个气溶胶光学特性参数,研究2009—2018年全球范围典型区域内气溶胶光学特性的空间分布特性及其季节属性。结果表明:沙特阿拉伯和印度的气溶胶光学厚度(AOD)月均值呈单峰型,在6月到7月达到峰值;中国和非洲中部的AOD月均值变化为双峰型,最值出现在4月到6月和12月到次年1月。粒子退偏振比(PDR)和粒子色比(CR)的区域差异性为巴西地区颗粒物不规则程度最大,PDR值为0.5~0.7;中国、印度和印度尼西亚等地则主要以细模态粒子为主,CR值为0.1~0.2。在DJF和MAM时期,以沙特地区颗粒物非球形趋势最强,在JJA和SON时期,以沙特和非洲中部颗粒物粒径最大,CR值变化范围为0.756~0.829。各地区气溶胶粒子非规则程度均呈增强趋势,趋势系数变化范围为0.01~0.025,以巴西增强趋势最明显,粒子粒径则表现为弱下降趋势。

气溶胶是目前大气污染重要的贡献源之一，影响着全球辐射平衡和气候变化。当前主被动遥感卫星(如MODIS和CALIPSO)获取全球气溶胶信息时间分辨率较低，而全球再分析数据MERRA-2提供了高时间分辨率的三维气溶胶分布信息，但是MERRA-2气溶胶产品的质量仍然有待验证。针对上述问题，通过对MERRA-2和CALIPSO的三维消光系数廓线进行交叉对比，验证了MERRA-2在中国中东部(特别是重人为污染区域)的数据精度。实验结果表明，MERRA-2和CALIPSO的消光系数整体具有较好相关性(0.79)，其中二者在秋季相关性最高(0.82)，夏季和冬季次之(0.81和0.80)，春季相关性最低(0.77)。随着高度的不断增加，大气更为洁净，MERRA-2和CALIPSO之间相关系数从0.78降为0.52，标准差从0.0280降为0.0014。上述结果表明，MERRA-2在重污染情况下能提供更为准确的气溶胶三维分布信息，同时MERRA-2和CALIPSO消光系数的一致性受气溶胶类型的影响不大。

利用地基激光雷达和CALIPSO卫星数据,选取廊坊地区清洁天、霾天和多云3种天气个例,对廊坊市气溶胶垂直分布特性进行对比分析,并判断污染物的可能来源。结果表明不同天气类型下两个激光雷达反演的消光系数廓线整体一致,相关系数高。清洁天气2 km以下有少量沙尘气溶胶,消光系数均小于0.2 km -1,退偏比集中在0.10~0.30,色比值集中在0.5~1.0,粒子非球形度高且粒径大;霾天在低空500 m以下聚集着球形度高的细粒子污染物,消光系数最高超过2 km -1,退偏比和色比值都较小,污染大陆型气溶胶和污染沙尘同时存在;多云天气下,垂直高度上只在出现云层的位置消光系数很大,廓线有尖峰,退偏比大部分小于0.02,色比集中在0.10左右,受到上升气流的影响,高空7 km以下都分布着少量沙尘气溶胶。

基于2006年6月至2016年12月期间CALIPSO星载激光雷达卫星观测资料, 分析了东中国海的渤海、黄海和东海海域的气溶胶时空分布特征。结果表明: (1) 三个海域的主要气溶胶构成都是清洁海洋型、沙尘型和污染大陆型三种类型气溶胶, 三者百分比之和均达到目标海域气溶胶成分的90%, 而具体占比最大、起主导作用的气溶胶类型在不同海域并不相同; (2) 三个海域随着高度升高气溶胶整体均为指数衰减趋势, 其中4 km高度以下各气溶胶类型变化显著, 4 km以上区域均只剩下沙尘型、污染沙尘型和煤烟型的气溶胶存在; (3) 几乎所有气溶胶类型都会随着月份和季节上的更替变化而变化, 春季各海域都是沙尘型气溶胶占比最大, 夏季清洁海洋型气溶胶影响最明显, 秋季和冬季期间东海地区以清洁海洋型气溶胶为主, 而渤海和黄海均是沙尘型气溶胶为主。

云与生活息息相关,云参量的定量研究便显得极其重要 ,其中包括云相态的精确判识。由于传统基于单传感器的云相态识别 算法都存在一定的局限性,提出了联合CloudSat-CALIPSO-MODIS多传感器进行云相态检测的新方法,提高了云相态的识别精度。 利用2008年5月2日和2010年2月1日的CloudSat、CALIPSO、MODIS综合观测数据,获取了6种云相态,包括不确定云,混合云, 水云,过冷水云,冰云和晴空。 结果表明协同算法可以更精确地进行云相态识别,并为数值天气预报提供条件,具有重要的科学意义。

基于CALIPSO卫星激光雷达数据,以卫星过境路线上33.5°N~34.5°N之间的区域为研究对象,对在清洁天气、霾、沙尘和烟花爆竹燃放污染天气下的气溶胶垂直分布特征进行了对比分析。研究结果表明:清洁天气时高空以大陆清洁型气溶胶为主;霾天时以大陆污染型气溶胶为主,其消光与后向散射能力强,粒子球形度较高且粒径较小;沙尘时气溶胶垂直分布广,近地面到高空范围内沙尘型气溶胶占主导,非球形度高且粒径较大;烟花爆竹燃放时主要产生集中在中低空的细粒子污染,以大陆污染型和污染沙尘型气溶胶为主。不同污染类型下气溶胶垂直分布特征各不相同,将CALIPSO卫星激光雷达数据与气象要素、Hysplit模型结合可用于对污染类型进行判别。

利用中国气象局南京综合观测基地的Rayleigh-Raman-Mie激光雷达Mie通道实测数据反演分析南京北郊气溶胶光学消光特性。对2013年11月至12月雾霾天气进行观测并分析得到光学消光系数,并结合CALIPSO卫星搭载的激光雷达CALIOPSO level.2分类产品数据进行消光特性参数分析。利用CALIPSO监测2012年冬季一次沙尘过程所得结果与地基微脉冲偏振激光雷达结果一致。