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。

基于Himawari-8的可见光和红外扫描辐射计(AHI)数据，采用红外亮温法对2019年6～8月目标区域(20°N～30°N,100°E～120°E)的对流云云顶高度进行了计算。首先通过阈值法挑选出对流云区；然后基于红外亮温法，利用Himawari-8的112 m通道数据与ERA5再分析资料中的温度气压层数据进行了云顶高度反演；最后将反演云顶高度H与全球降水观测计划（Global Precipitation Measurement, GPM）产品数据进行了对比。结果显示，基于红外亮温法的Himawari-8数据反演对流云云顶高度与GPM产品数据一致，具有很好的相关性。相关系数为09，均方根偏差为029，平均偏差为048，纬向的离散分布优于经向，具有较强的适用性。

云顶高度是云最基本且十分重要的参数，同时也是研究空域容量、航线高度配备和天气预测预警等的重要参数。简单描述了基于卫星资料反演云顶高度的主要方法的原理和优缺点，然后介绍了单红外窗区法、太阳光反射率--红外窗区法、H2O--红外窗区法和红外分裂窗查算表算法的原理和优缺点，并对相关卫星的业务算法进行了简要评述。接着对单红外窗区法反演对流云云顶高度进行了检验。结果表明，单红外窗区法反演不透明厚云的精度和相关性都很高。最后分析了影响各方法精度的原因，并对后续云顶高度反演方法进行了展望。

极地地区的海雾给极地科考和海冰研究带来了挑战, 但由于相关监测数据较少, 因此对极地地区海雾的研究还相对匮乏。基于 CALIOP 传感器可以观测垂直方向上云雾信息的特性, 使用准同步观测的 MODIS 中分辨率成像光谱仪对北极地区的云雾信息进行分析。首先使用深度神经网络模型反演云顶高度, 再根据云高确定是否为海雾。并且就不同波段对反演结果的影响进行了分析。结果显示使用深度神经网络反演的云顶高度平均绝对误差要比传统方法的结果低 1774.280 m, 可以更好地对云顶高度进行反演, 提高了海雾检测精度。

陕西位于西北内陆地区,是中国气候的敏感区,为准确认识其 上空的水云特征,利用MODIS的MYD06二级云产品数据,对陕西水云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径、 光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1) 水云概率分布显示出单峰结构,峰值出现在11月, 5月出现 概率最低。水云在秋季出现概率最高,春季出现概率最低。 (2) 7月和9月水云云顶高度的概率分布 会产生显著的变化,7月和8月的分布形态与其余各月有显著差别。水云云顶高度平均最大值出现在 春季的4～5月,最小值出现在冬季的12～2月。(3)水云的粒子有效半径在10月～次年5月, 分布形态相似,6～9月分布形态与之明显不同。水云粒子尺度平均最大值出现在夏季的6～8月, 最小值出现在秋季的11月。(4) 光学厚度在0～5之间的水云在10月～次年5月,出现概率最高, 峰值出现在12～2月; 6～9月光学厚度在5～10之间的水云出现概率最高, 峰值出现在7～8月。水云光学厚度最大值出现在秋季的9～11月,最小值出现在夏季的7～8月。

采用偏振辐射信息反演云顶高度时, 为了减小由云层及地表偏振辐射特性变化带来的反演结果不确定度, 使用490 nm和865 nm通道多角度偏振信息反演卷云云顶高度.理论分析大气顶偏振特征, 给出490 nm与865 nm通道偏振特性差异, 说明使用此两通道偏振反射率差反演云顶高度的可行性.假设卷云为一般种类混合模型(General Habit Mixture, GHM), 使用倍加累加矢量辐射传输模型计算和分析大气顶490 nm和865 nm通道偏振反射率差对卷云有效粒子半径、光学厚度和云顶压强的敏感性.分析表明, 当卷云光学厚度大于3时, 偏振反射率差对有效粒子半径和光学厚度的变化不敏感, 对云顶压强变化敏感.根据敏感性分析结果选择适当的参数构建偏振反射率差查找表, 使用查找表方法反演POLDER3数据的卷云云顶高度, 并与POLDER3产品和MODIS产品进行比较.结果表明, 与POLDER3的官方算法相比, 使用偏振反射率差查找表方法有更宽的散射角适用范围, 反演结果与MODIS产品有更好的一致性.

高分辨率光学对地观测敏捷卫星自主任务规划需要对成像目标区域上空云层进行在轨提前探测，以修正成像时间窗，提高卫星使用效能。其中云高度是必不可少的信息，提出了一种用于敏捷卫星自主任务规划的云顶高探测方法。根据不同角度的遥感图像对之间云层以及地面匹配关系的差异，以地面为基准，求出图像间云层对地面的投影偏差，再利用几何关系，计算云层云顶高度。仿真模拟实验的结果表明本文算法探测云顶高与实际云顶高差距小于1 pixel，并且在图像间发生旋转、仿射等变换的情况下依然有稳健的表现。误差分析给出了算法相对误差随成像角度的变化趋势。多角度成像分光辐射度计图像处理结果表明该算法在实际应用中性能良好。

基于大气红外探测器L1B红外高光谱辐射观测资料,结合中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)云产品数据,利用通用大气辐射传输模式(combined atmospheric radiative transfer model,CART),根据模式模拟和AIRS实际观测亮温的亮温差,研究从AIRS红外波段1 070～1 135 cm-1高光谱数据反演卷云的光学厚度和云顶高度.将反演的卷云光学厚度与云顶高度作为输入参数模拟计算650～1 150 cm-1波段卷云大气顶的辐射亮温谱,并将模拟值与AIRS观测亮温谱进行了对比分析.将反演的卷云光学厚度和云顶高度和AIRS的760通道(900.56 cm-1,11.1 μm)的亮温以及MODIS卷云反射率进行了对比分析.最后将反演的卷云云顶高度和MODIS云顶高度进行了对比分析.研究结果表明:反演所使用的650～1 150 cm-1波段模式模拟和观测亮温谱吻合得很好,说明CART可以较好的模拟AIRS亮温谱.反演的卷云参数与AIRS在大气窗口区的760通道(900.56 cm-1,11.1 μm)的亮温的分布满足低亮温对应较大的卷云光学厚度和高云顶高度.反演的卷云参数和MODIS卷云的反射率分布满足高卷云光学厚度和云顶高度对应高卷云反射率.反演的卷云云顶高度和MODIS的卷云云顶高度之间线性相关系数相对较高,且都在8.5～11.5 km的概率较高,两者的概率分布趋势一致.说明CART可以用于反演卷云的性质,反演结果具有一定的可靠性。

根据三线阵立体测绘原理，给出了探测云顶高的三线阵卫星影像模拟方法.提出了改进的SIFT匹配算法，并利用该算法结合前方交会法，获得云顶高度信息.通过实验验证了三线阵卫星影像模拟的正确性，探索了一种获取夜间低照度条件下云顶高参数的新途径.最后，针对测高误差来源，详细分析了三线阵立体探测云顶高的测高误差，并针对云移动给出了一种误差纠正方法.

云顶高度信息的确定对于大气物理及气候研究具有重要意义，立体观测法是探测云顶高的有效方法之一.依据立体观测法探测云顶高的几种观测模式及其测高原理，建立了单星模式探测云顶高的误差分析模型，并给出了具体的云顶测高误差公式.通过模拟卫星参数，分析了单星不同观测模式下的云顶测高误差.仿真结果表明，三线阵探测器观测模式在立体法探测云顶高度方面具有较大的优越性.