本文结合国家“十五”科技攻关“人工增雨技术研究及示范”项目和自然科学基金重点项目对河南北京青海等试验区我国北方人工增雨的主要作业对象层积云开展连续多年的飞机和地面综合观测基础上综合分析了观测结果。重点在云物理综合观测设计和云物理研究两个方面进行研究。　　 针对层积云的物理结构研究，组织设计外场综合观测方案。为配合辐射模式模拟计算，专门设计了探测飞机在云顶附近各个高度层平飞获得的层积云内不同高度层次微物珲参数分析层积云的微物理结构，为辐射模式模拟计算卫星位置的辐射量奠定基础并得到了验证；设计对比冷云催化作业前后云内物理参数变化的飞机探测方案，采用大角度盘旋局地垂直探测层积云结构。根据机载PMS和地面降水粒子谱仪观测的层积云及其降水的微物理数据，对云滴谱和降水粒子谱拟合计算分析各种降水谱特性；首次引进使用激光降水粒子谱仪长期观测降水雨滴尺度谱和速度谱，并进行降水类型的归纳和雨滴谱型的拟合和雷达反射因子相关性研究，为进一步进行人工增雨作业地面观测雨滴谱物理效果检验奠定基础　　 本文的研究在此基础上提出了一种云微物理参数的反演途径。　　 在云物理结构分析的基础上，提出了一种云微物理参数的反演技术途径，将飞机观测的云物理参数通过辐射传输模式与卫星观测的辐射量联系起来，主要从二个方面进行模拟计算分析：一方面将飞机实际观测到的云体宏、微观参数输入辐射传输模式计算云顶辐射到达卫星位置处的单色辐射量，与卫星当时各个通道相对应位置的象素点辐射量进行对比分析；另一条路是用卫星观测的数据反演云的微物理参数，并与飞机实际观测到的云微物理参数进行比较确定云顶光学厚度与有效半径的方法，寻找到云体的粒子有效半径、光学厚度、地表反照率等与卫星接收辐射量之间的相关性。根据实际观测数据模拟计算发现，在云体宏观参数、地表辐射率、地理位置与太阳高度角确定的情况下，云顶的光学厚度、云滴有效半径的部分组合在卫星两个通道上有不同的反应，即可以通过卫星两个相邻通道对应象素点的辐射量就能够确定一组光学厚度和云滴有效半径的范围，通过个例模拟进行了反演工作验证，并对飞机观测值与反演值进行了比较和误差分析。结果发现，在云滴有效半径的尺度范围内，计算结果与实测值接近，但反演的尺度范围较大。在利用卫星大范围确定人工增雨作业潜力区域具有应用价值。　　 通过长期降水观测资料分析发现了一些新的现象和观测事实，包括：　　 (1)利用高精度高密度的雨滴谱资料研究了雷达反射因子与降水雨滴谱之间的Z-R关系。统计发现Z-R关系的不稳定性。不同类型的降水甚至一次降水的不同时段Z-R关系的变化，空间的也会有不均匀性。统计结果发现雷达反射因子与降水粒子谱的平均半径相关性并不大，而与平均体积直径和中数体积直径相关性很好，可以将平均体积直径和中数体积直径大小数值作为划分降水性质的一个参考标准；　　 (2)对比了云底观测和地面观测对流云降水粒子谱特征，对流云降水粒子出云时的雨滴数浓度要比到达地面时的雨滴浓度高一个量级，对流云出云时候的降水粒子谱宽比到达地面时的粒子谱宽要大一倍，而且数量不在少数，南京地区地面的降水粒子谱宽最大不到7mm　　 (3)发现一个现象就是对流云降水粒子中0.4mm以下小粒子的下落速度随直径减小下落速度反而增大，并且是普遍现象，分析了形成原因并为此修正了云降水粒子下落速度计算公式。