回顾和总结了远红外高光谱大气遥感的理论基础，从大气吸收和冰晶粒子散射敏感性的角度介绍了远红外高光谱遥感冰云参数的优势。对远红外高光谱大气遥感仪器的发展脉络进行了梳理和总结，重点对相关仪器的参数及关键技术问题进行了讨论。概述了远红外高光谱冰云特性遥感的主要方法，展望了远红外高光谱技术未来在冰云探测中的应用潜力，并提出了研究思路与方案，以为后续远红外高光谱大气遥感技术研究提供一定的参考。

冰云由微小的冰晶粒子组成，一般出现在6 km以上的高空，冰晶粒子和光量子信号相互作用会对量子卫星通信链路造成严重影响。为了研究冰晶粒子对量子卫星通信性能的影响，首先，根据冰云光散射模型和米散射理论，定义了冰云内冰晶粒子的平均消光系数，并建立了链路衰减系数、冰云冰水含量（IWC）和量子信号在冰云内传输距离的关系；然后，针对振幅阻尼信道，建立了信道容量、信道平均保真度、信道生存函数、信道误码率和冰云IWC以及量子信号在冰云内传输距离的关系。理论分析和仿真实验结果表明，当量子信号在冰云内的传输距离为20 km时，随着冰云IWC的增加，链路衰减因子从4.6 dB增加到14.7 dB，量子信道容量由0.250 bit/s减小到0.089 bit/s，信道平均保真度也急剧降低，生存函数值由1.00减少到0.58，量子信道误码率从0.015增大到0.075。这表明冰云内的冰晶粒子对量子卫星的通信质量有明显影响，为了提高量子卫星通信系统的可靠性，需根据冰云的相关参数，自适应调整量子卫星通信系统的参数。

利用矢量辐射传输的蒙特卡罗法,研究了球形和平面平行大气模式下冰云大气反射率的差异,并计算了三种波长(0.65, 0.85,1.55 μm)在大天顶角(85°)入射时,冰云大气的偏振辐射传输特性随不同冰晶粒子模型、光学厚度、有效半径、冰水含量、相对方位角和地表反照率的变化关系。结果表明:冰云大气反射率在两种大气模式下的误差随天顶角的增加而增大,误差可达55%。在球形大气模式下,对于不同波长、冰晶粒子模型和相对方位角,冰云大气反射率的差异较大,且冰云大气偏振度的变化更加复杂。冰云大气反射率和偏振度对冰云光学特性和地表反照率的变化也较敏感,随光学厚度、冰水质量浓度和地表反照率的增加,冰云大气反射率增加,偏振度减小,而随着有效半径的增加,冰云大气反射率减小,偏振度增加。

基于新的多形状冰云参数化方案和BCC_RAD辐射传输模式,详细分析了在辐射传输算法中通常使用的HG(Henyey-Greenstein)近似对冰云短波辐射传输过程的影响。对于单个冰晶粒子光学性质,HG近似对相函数勒让德展开式第3和第4项系数计算造成了较大误差,最大误差分别为-0.28和-0.33,最大相对误差分别为-55.7%和-73.8%。第4项系数的误差绝对值和相对值均高于第3项系数。进一步分析发现,HG近似在可见光区造成的误差高于近红外区。对于冰云体积光学性质,HG近似同样对第3和第4项系数造成了较大的误差,最大误差分别为-0.18和-0.22,最大相对误差分别为-27.9%和-37.1%。第4项系数的误差高于第3项系数,可见光区误差高于近红外区,与对单个冰晶粒子光学性质的影响一致。HG近似也对有云大气的辐射传输过程计算造成了较大的误差。对短波向下辐射通量造成的最大误差为-2.78 W·m ^-2,对短波向上辐射通量造成的最大误差为-1.06 W·m ^-2,对短波加热率造成的最大误差为0.27 K·d ^-1。HG近似低估了短波辐射通量,高估了云内加热率。因此,在冰云辐射传输计算中需精确描述相函数。

冰云位于上对流层, 在全球表面覆盖率达30%, 在地球大气系统中发挥了重要作用。但由于一些技术因素限制, 目前并没有进行足够的观测。太赫兹波波长接近冰云中典型的冰晶粒子尺寸, 星载太赫兹辐射探测仪观测冰云具有独特的优势, 目前得到了极大关注。基于国内外相关研究, 首先阐述了冰云探测的重要性及已有卫星探测手段的不足之处, 然后介绍了太赫兹冰云探测技术国内外发展情况, 在此基础上分析和讨论了我国太赫兹冰云探测技术发展将面临的问题, 为未来技术发展提供参考。

依据冰云参数的多极化多散射大气亚毫米波辐射传输模型，分析了100 GHz~1 000 GHz频段内大气卷云吸收的特性，通过通道频率和带宽的不同设置，确定亚毫米波冰云成像探测仪包含15 个通道，频率覆盖范围为118 GHz~900 GHz，建立其与遥感器通道灵敏度、定标精确度、不同地理位置和海拔高度上对流层卷云中冰水总量、冰晶粒子尺寸、形状、方向性等反演参数的约束模型，为设计和研制用于测量冰云参数的星载亚毫米波成像仪提供理论分析和仿真验证。

云相态识别是云参数研究的重要组成部分,为了有效识别水云和冰云,根据水云和冰云微物理性质的差别,研究了水云和冰云的单次散射特性,采用基于倍加累加法的矢量辐射传输方程模拟了水云和冰云的多角度偏振特性。模拟结果表明,光谱的多角度偏振特性能够体现出水云粒子和冰云粒子微物理性质的差异,云在特定方向反射的偏振辐射强度对云相态非常敏感,可以用来进行云相态的识别。在模拟的基础上进行了云相态识别算法的研究,并利用多角度偏振卫星数据——POLDER 0.865 μm通道数据进行了实例分析。识别结果与MODIS云相态产品及其1.38 μm卷云检测结果进行了比较。分析结果表明,基于多角度偏振特性云相态识别算法可以有效地进行云相态识别。