云是一种常见且重要的自然现象,分布广泛且多变。云层的几何厚度对于辐射平衡和云的微物理研究都具有重要意义。已有研究表明,基于高光谱氧气A带卫星观测可以同时反演多个云属性,例如云光学厚度、云顶高度、云几何厚度等。然而云几何厚度的快速反演仍是富有挑战的,需要实现陆表反照率的准确估计、云反射比的快速计算、设计快速反演算法并评价反演精度等,具有重要的理论和现实意义。本研究的主要内容如下:1)氧气A带陆表反照率的估计方法卫星观测到的陆表反射辐亮度是除云反射外最强的反射辐射,是云几何厚度反演的重要干扰项,其强度由陆表反照率决定。为准确估计陆表反照率进而去除陆表反射的干扰,本文提出了基于MCD43C3产品多通道黑空/白空反照率的OCO-2氧气A带陆表反照率估计方法,并强调了地表覆盖类型信息的重要性。本文分别在不同时间和不同空间上验证了多通道模型的可靠性,测试的可决系数均超过0.9,均方根误差为0.026。此外,本文也验证了多通道模型在不同地表覆盖类型上的有效性。不论是表现最好的“裸地或低植被覆盖地”类型,还是较差的“雪和冰”类型,多通道模型都优于单通道线性模型。MODIS七通道反照率数据的质量是决定OCO-2氧气A带陆表反照率估值精度最重要的因素。当MODIS反照率的数据质量被标记为“最佳”时,OCO-2氧气A带陆表反照率估值的均方根误差略优于0.02,随着MODIS反照率数据质量的下降,估值的均方根误差逐渐增大至超过0.05。此外,不准确的参考值也是上述均方根误差的构成之一。2)氧气A带云反射比快速计算公式在高光谱遥感中顾及云中的多重散射,实现辐射传输的准确计算是非常耗时的。为了加快在云场景下的辐射传输仿真,本文提出了适用于高光谱氧气A带单层水云的云反射比快速计算公式。该公式在前人研究的基础上,考虑了云滴前向散射和非线性氧气吸收对高光谱反射比的重要影响。本文在太阳天顶角、云光学厚度、云层的单次散射反照率位于0°≤≤75°,5≤≤50,0.5≤≤1的范围内,比较了云反射比的快速计算结果与辐射传输模型的准确计算结果,来验证公式的准确性。在大多数情况下,即使云光学厚度在5左右或在强吸收通道上应用时,快速计算公式的相对误差在5%以内。在高光谱仿真中,氧气A带带外辐亮度的相对误差小于4%,带内辐亮度比值的相对误差小于4%。辐亮度比值是有/无吸收通道辐亮度观测的比值,用于评估快速计算公式量化云内吸收的准确性。云反射比快速计算公式是高光谱氧气A带云遥感的基础,有助于提高反演效率,提供云几何厚度的产品。3)基于氧气A带的云几何厚度反演算法目前,从星基被动观测中反演云几何厚度仍然是富有挑战的。在本文中,本文设计了一种基于OCO-2卫星氧气A带高光谱观测的半解析算法来反演单层水云的云几何厚度。该算法避免了耗时的辐射传输模型,可以用于云几何厚度的实时反演。不过,该算法目前需要云光学厚度、云顶高度和其它星基传感器探测的气溶胶属性作为输入。在对仿真数据的测试中,快速反演结果的均方根误差大约是2.0百帕（对于低层云,1百帕大约等价于10米）。本文还从真实的OCO-2观测中得到了云几何厚度快速反演的结果,并与Cloud Sat/CALIPSO的云产品进行了比较。剔除异常样本后,两者的相关系数为0.716,快速反演结果的平均偏差为-15.6百帕,均方根误差为27.4百帕。统计结果也表明,快速反演的绝对偏差随云几何厚度参考值的增大而系统地增大,这可能与云是否垂直均质有关。在基于准确辐射传输模型反演的OCO2CLD-LIDAR-AUX产品中也发现了类似的现象。