云底高度是地气系统辐射收支以及飞行安全的重要影响因素。介绍了利用FY-4A卫星的数据产品反演云底高度的方法，设计了两种云底高度反演方案：第一种方案先将云划分为卷云（Ci）、高层云（As）、高积云（Ac）、层云/层积云（St/Sc）、积云（Cu）、雨层云（Ns）、深对流云（Dc）和多层云（Multi）等8种云类型，再分别采用独立的集成学习模型反演这8类云的云底高度；第二种方案不区分云的类型，采用统一的集成学习模型反演云底高度。将CloudSat探测的云底高度作为参考值，以129515个样本对两种方案进行评估，结果表明方案一的反演模型效果更好，均方根误差（RMSE）为1304.7 m，平均绝对误差（MAE）为898.4 m，相关系数（R）为0.9214。

为了定量评估对数正态谱分布假设对水云光学厚度(COT)与有效粒子半径(Re)反演的影响,利用欧洲中期数值天气预报中心建立的RTTOV(Radiative Transfer for TIROS Operational Vertical Sounder)模式,对比模拟了基于对数正态谱和修正Gamma谱两种云滴谱分布下FY-4A/AGRI(Advanced Geosynchronous Radiation Imager)的第2、5通道液态水云的反射率,分析了这两个谱分布假设条件下水云反射率随COT以及Re的变化特征。在此基础上,建立了两种谱分布条件下的COT和Re查算表,并基于2020年夏季的一个初生对流云个例,定量分析了云滴谱分布类型对云参数反演结果的影响。结果表明,在第2通道,两个云滴谱类型假设下计算的反射率仅有0.1%~2%的差异,但在第5通道,采用修正Gamma云滴谱计算的反射率比采用对数正态云滴谱计算的反射率低10%~20%。反演结果表明,采用对数正态云滴谱反演的有效粒子半径Re比采用修正Gamma云滴谱反演的Re整体偏大,前者反演的Re集中在15~35 μm,而后者反演的Re集中在10~30 μm。采用两种云滴谱反演的COT的空间一致性良好,相差-2%~5%。

针对大气环境中颗粒物浓度检测问题,以油雾环境为研究对象,在经典Mie散射理论基础上,建立蒙特卡罗偏振散射模型,采用Stokes-Mueller矩阵分析方法研究Mueller矩阵元素的变化规律,并使用Mueller矩阵分解方法对图样进行讨论,通过分析Mueller矩阵元素中信息可以有效获取介质特性。基于采用光学厚度表征油雾浓度的方法,将实验测试和模拟仿真有机结合,以证明模型的正确性。结果表明,随着光学厚度的增加,即浓度的增加,Mueller矩阵元素M₁₁图样随之增大,非偏振光学特征不断增强;且Mueller矩阵分解出的散射退偏矩阵强度值不断增大,散射退偏能力增强。该方法可更直观地判别不同浓度的颗粒物介质特征,达到可视化的效果,为大气颗粒物浓度的检测提供理论基础及测试新方法。

卷云光学厚度是对全球气候、地球辐射收支影响较大的云光学参数之一。在**、大气科学等领域对卷云光学参数的求解算法有广泛的应用需求。应用中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据求解卷云参数的算法，多采用卫星多通道数据，数据处理过程较为复杂。为解决这一问题，利用RT3模型结合MODIS云参数，模拟计算卷云反射率，建立卷云光学厚度查找表，设计简单算法，实现了卷云光学厚度的有效反演。对比卷云光学厚度反演结果和MODIS实际测得的数据，可得两者相关性达到0.97，验证了此算法下卷云光学厚度反演的可靠性。选取MODIS不同时间段的数据，分析了卷云光学厚度在不同时间、空间范围的变化情况，平均误差小于0.16，进一步验证了基于RT3模型的查找表反演卷云光学厚度的有效性。研究结果有助于实现全球范围内卷云光学特性的简单有效反演。

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素, 研究气溶胶光学特性具有重要意义。基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪 (Directional polarimetric camera, DPC) 过境中国区域的数据, 开展了气溶胶光学厚度的反演研究。基于矢量辐射传输模型 6SV 计算构建气溶胶光学特性查找表, 采用 Ross-Li 地表 BRDF 模型和半经验 NB 模型计算地表贡献, 利用标量与偏振的多角度信息和查找表方法, 反演气溶胶光学厚度。DPC 气溶胶光学厚度反演结果与中国区域的 AERONET 地面站点测量结果吻合性较好, 线性拟合度较高, 相关性系数大于 0.8, 验证了算法的可靠性, 为 DPC 有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持。

基于自行研制的一种自动快速变视场太阳光度计(VFOVSP),实现了不同视场内太阳辐射的快速测量,为地基区分气溶胶粒子与云粒子提供了 一个新的技术手段。新型光度计采用基于CCD图像传感器的太阳跟踪技术,并采用程控可变视场光阑,实现了在较短的时间间隔内对 不同视场值的快速测量。通过在不同的天气条件下,对仪器不同视场测量数据分析初步表明:通过比较不同视场测量的大气光学厚度的 变化,可提供一种薄卷云与气溶胶的区分技术。该方法可以较快地识别出当前大气环境中是否有卷云存在,为研究卷云特性提供了基础。

高分五号卫星多角度偏振探测仪(DPC)是国内首台具备业务化多光谱多角度偏振探测能力的星载遥感器。发展了一套针对DPC观测数据的处理算法,可获取观测区域上空云检测结果、相态分布和云光学厚度。利用670 nm、865 nm反射率、490 nm几何归一化偏振辐亮度和865 nm线偏振度进行云检测;利用865 nm归一化偏振辐亮度进行相态识别;利用670 nm、865 nm反射率以及相态识别结果反演云光学厚度。由于尚未获取可反演的DPC L1级观测数据,仅将算法应用于地球反射率多角度偏振观测仪(POLDER)数据,以验证算法有效性。对比POLDER云产品,得到判云一致性和判晴一致性分别为93.3%和92.9%;水云、冰云和混合相态判别一致性分别为87.4%,76.6%和22.8%;云光学厚度的相关系数为0.89,故该算法可行有效。该算法为DPC发展业务化云产品提供参考。

针对机载激光发射器位于云层上方或云层中央时，云层的存在会降低激光通信性能的问题，仿真分析了不同类型的云层对激光能量衰减、信噪比、最大码元传输速率与误码率的影响。得到结论：云的存在主要造成激光能量衰减，影响最大传输速率与误码率，但对信噪比影响较小。链路余量大于18.9 dB 的通信系统，链路上允许存在4 km 的云层。云层对最大通信速率与误码率的影响主要是时间扩展造成码间串扰。卷云对通信性能几乎无影响；积云对通信性能的影响较大；层云、层积云和积雨云对通信性能的影响更大，但三种云的差异很小，可不作区分；高层云和雨层云对通信性能影响最大，其中雨层云的影响比高层云更大。

大气气溶胶的直径从几纳米到几十微米不等, 对大气辐射评估、 全球气候变化、 当地空气质量和能见度以及人类健康都有着直接或间接影响, 尤其秋冬季节是雾霾高发期, 更有利于大气气溶胶的生成、 转化和积累。 目前, 用于气溶胶信息观测的技术有很多, 包括激光雷达、 太阳光度计、 华盖计、 卫星遥感等。 多轴差分光学吸收光谱（MAX-DOAS）技术是一种被动遥测式光谱设备, 具有稳定、 可实时连续监测等特点, 可同时获取多种痕量气体的浓度信息, 且能反演气溶胶光学厚度（AOD）和气溶胶廓线。 介绍了MAX-DOAS反演气溶胶信息的算法, 并于2017年12月至2018年1月, 在合肥市科学岛开展了MAX-DOAS观测, 观测方位角为0度（正北）, 垂直方向上从低到高扫描10个仰角; 反演时取中午时段的天顶方向测量光谱作为参考光谱。 在337～370 nm波段, 利用QDOAS软件计算出O4斜柱浓度（DSCD）, 然后再利用气溶胶廓线反演算法（PriAM）反演出AOD和气溶胶消光系数（AE）。 将结果与太阳光度计CE318测得的AOD做对比, 小时均值和日均值的相关性系数均为0.91, 结果表明MAX-DOAS在获取气溶胶信息方面具有较高的可靠性。 同时, 将MAX-DOAS获得的近地面气溶胶消光系数与地面站点的点式仪器测得的PM2.5浓度进行了相关性对比, 日均值和小时均值线性拟合相关系数r分别为0.83和0.62, 进一步验证了MAX-DOAS获取气溶胶信息的可靠性。 由于冬季是雾霾的高发期, AOD值较高, 选取2017年12月3日至6日的一次雾霾过程, 廓线结果表明气溶胶主要分布在1.5 km以下, 结合当时的风场信息及雾霾期间的气流后向轨迹图, 可知此次污染是西北方向污染气团输送导致的。