为解决大部分设备无法单独获取全天空云底高度的问题，基于中国气象局大气探测基地可见光/红外天空成像仪和毫米波云雷达2019年6月的灰度值与云底高度数据，利用辐射传输模式计算地面8～14 μm波段向下红外辐射随天顶角的变化关系，并根据红外波段测得的天顶云底灰度值与非天顶位置的天顶角余弦灰度值之间的线性关系，从而反演得到全天空云底高度。结果表明：(1) 相比于全天无云的情形，在一天的相同时间时，全天有云时的天顶灰度值较高。(2) 当云底高度为2000 m以上且云层较厚时，云底高与红外模块所测灰度值的相关性明显好于云层较薄的低云。(3) 2019年8月12日的个例验证结果显示，反演云高与通过云雷达测得的实际云高相关系数为0.956，而与取天顶附近约30°天顶角得到的云高相关系数为0.9508。

介绍了西藏羊八井全大气层观象台最新架设的Ka&W双频毫米波云雷达（以下简称YBJ-DFDR，W波段 94 GHz，波长 3.2 mm，Ka波段 35 GHz，波长 8.6 mm）的基本性能，并选择该地区不同类型云的观测数据，对其探测能力开展了分析和对比研究。分析结果显示，该双频云雷达系统具有较高的探测能力，其中W波段雷达和Ka波段雷达在10 km距离处的探测灵敏度分别达为 -39.2 dBZ和 -33 dBZ。对比研究表明Ka和W波段雷达所测等效反射率因子值因云物理属性不同亦呈现不同的特征。发生降雨时，由于液态雨和云粒子对雷达信号的吸收和散射作用，造成回波信号出现衰减，此时Ka和W波段雷达二者之间的衰减程度明显不同，W波段雷达信号衰减较严重，甚至出现衰减后低于探测灵敏度而无法获得回波的情况（严重时二者之差可达30 dB）。而当云中粒子多为冰相时，回波信号的衰减程度显著减弱，W波段雷达相比Ka波段雷达展示出更佳的探测能力，其所测反射率因子值普遍高于Ka波段雷达。研究亦发现Ka波段雷达对于云层边缘区域，如云顶、云底部分，容易出现漏测的情况，从而导致云顶高度的低估和云底高度的高估，其主要原因是这些区域的云粒子较小及数浓度相对较低，回波信号较弱，Ka波段雷达无法探测到。

利用94/220GHz双频云雷达的探测优势，结合短柱、三瓣子弹花和星状雪花三种非球形冰晶粒子的散射特性，对双频云雷达云微物理参数反演算法进行了研究。通过建立双频比和中值直径的关系，再通过后向迭代的双频反演算法计算出谱参数的最优解，进而反演云微物理参数并分析反演误差。最后，通过数值试验，对考虑系统噪声和随机噪声后的反演误差进行了比较分析，并提出了仪器信噪比的指标需求。结果表明：双频联合可以较好地反演非球形冰晶的云微物理参数，为了保证0.2 g/m³以下冰水含量的反演误差小于30%，仪器的信噪比不能低于11.39dB，为国内开展星载云雷达指标设计和云微物理参数反演研究提供参考。

为提高毫米波雷达对高原地区云宏观参数的观测能力，提出一种改进的反演方法，对比了该方法结果与激光云高仪（CL31）、Himawari-8卫星（HW8） 观测结果的差异，并研究了那曲夏季空中云宏观参数的垂直分布和日变化特征。结果表明，提出的方法可以改善以往云边界检测法的云层错位和距离旁瓣回波影响的不足。雷达反演的云底比CL31高、云顶比HW8高，但雷达与二者结果的垂直分布和日变化非常一致。雷达对多层云的云底探测优于CL31，对云顶反演也较HW8可靠。距离旁瓣对不同云类的宏观参数探测都有显著影响。

针对星载云雷达对冰云探测可行性分析的需求，分析了非球形冰晶对340 GHz电磁波的单散射特性，基于不同的体积散射模型，研究了非球形冰晶云的回波特性以及94\340 GHz云雷达双波长比，假定冰云垂直分布的情况下，探讨了星载94\340 GHz云雷达双波长比随高度的变化以及可以穿透的冰云厚度。相较于94 GHz及220 GHz，冰晶粒子对340 GHz电磁波的散射能力增强，但是同时云对其的衰减也大大增加，340 GHz的衰减系数约是94 GHz的5～130倍；340 GHz云雷达可以探测浅薄的含水量较小的冰云，基本可以探测云厚2 km、冰水含量在 0.000 1~0.2 g/m³的冰云。含水量较多的厚云由于衰减，造成电磁波穿透能力大大降低，在假定的冰水含量垂直分布下，当最大冰水含量为1 g/m³时，可探测厚约5 km内云厚的40%以上；衰减也造成不同高度上相同滴谱的云有不同的双波长比，冰水含量的大小及垂直分布影响了双波长比的大小及电磁波探测云的厚度。衰减随着冰水含量增大而增大，高频云雷达电磁波衰减大，使得双波长比变大，从而使双波长比和谱的数浓度N₀有关，因此利用双波长比反演时，衰减订正非常重要。