水是大气中唯一具有三种相变的成分。水汽通过冷凝形成液水和冰水,是成云致雨的主要原因。云是水滴和冰晶粒子的集合体,从而云成为大气活动中最不确定的因素。地球表面约百分之六十的面积被云覆盖,云在地球-大气的能量传输、水循环和气候调节过程中扮演着至关重要的角色。云的形成和降水对人类的生活具有非常深刻的影响,不同天气条件、不同厚度、不同相态的云对地球-大气辐射和水循环的影响程度是不同的。因此,对于云的结构参量和云的光学参量的探测和分析,一直是大气动力学和热力学研究的热门话题。激光雷达相较于其他大气探测手段,具有高时空分辨率、低成本的优点,已广泛用于大气参量的测量。目前对于云相态的探测,主要以偏振激光雷达为主,少数单位开展了拉曼激光雷达云中相态水的研究。本文将开展基于拉曼-偏振激光雷达的云相态探测和识别技术研究。论文首先进行了拉曼-偏振激光雷达系统的设计研究,对西安理工大学大气遥感研究中心现有的一套大气三相态水拉曼激光雷达系统进行了优化和升级。系统增加了偏振探测激光雷达子系统,采用双望远镜接收系统,实现拉曼激光雷达和偏振激光雷达的同步探测,为拉曼-偏振激光雷达的云相态联合分析提供技术支持。搭建了拉曼-偏振激光雷达系统并开展了初步的探测实验与分析。偏振激光雷达子系统实现了 10 km以下云层的有效探测,利用平行和垂直偏振通道回波信号,获得了云底和云顶等主要云结构参量以及云光学厚度、云透过率和退偏振比等云光学参量的探测与反演,并着重讨论了云积分后向散射系数和云积分退偏比的大小和关系。其次,利用拉曼激光雷达子系统实现了 5 km以下云层的有效探测,利用线性方程组的反演算法获得纯净的相态水回波信号的分离和提取,实现对大气水汽、液水和冰水混合比廓线的同步反演,着重探讨了云积分液水含量和云积分冰水含量的结果。最后,利用拉曼-偏振激光雷达系统开展了云相态的初步识别研究。同步的连续观测实验结果清晰展示了云层内液水、冰水和退偏比等参量的时空变化特征。以不同天气条件下不同高度的云层为探测对象,进行相态水混合比廓线和偏振特性的同步反演,分析云积分液水含量和云积分冰水含量以及云积分后向散射系数和云积分退偏比的大小和关系,获得对云相态的初步识别。并对激光雷达探测的云层进行了云主要参数的初步统计分析,结果表明,目前系统探测的5 km以下的云层主要以水云为主,少量为混合相态云:水云中,云积分液水含量与云积分冰水含量存在明显的线性关系,其比例约为7.5:1。