海洋表面上空9-20公里的对流层大气层结是风、雨、雾等天气现象发生的主要区域,该层气象环境变化剧烈,且海陆交界处易受到陆地干暖气流影响,常引起海面上空一定高度内的折射率高度方向上异常变化,形成可陷获电磁波传播的大气波导结构。异常折射率梯度使得电磁波传播轨迹弯向地球表面,从而陷获在大气波导层结内传播,实现对流层地波超视距传播。大气波导效应严重干扰了海洋环境中的雷达探测、无线电通信、电子对抗等系统的性能,研究其对电波传播的影响有助于弥补系统缺陷,降低气象等不可控因素带来的影响。当前大气数值预报模式飞速发展,结合气象数值模拟技术预测、模拟海上大气物理参量,可以实现一定区域内海上大气波导结构的预报。因此,本文对海上对流层波导的折射率参数变化的预测与反演具有重要意义。本文首先研究了大气波导环境中的电磁波传播特性,在此基础上对大气波导环境的水平非均匀性进行建模,使用雷达海杂波对单个方位向的修正折射率剖面进行反演,进而计算了反演得到的剖面参数的不确定性统计估计,使用中尺度数值模式WRF对我国不同海域的蒸发波导高度进行计算。主要工作内容如下:1、使用抛物方程模型计算了电磁波在波导环境中的传播特性和在特定高度下传输损耗随距离的变化、特定距离下传输损耗随高度的变化趋势,分别计算了蒸发波导和表面波导中不同极化的电磁波在不同雷达工作频率下的传播特性。分别使用NRL模型与GIT模型计算了HH极化及VV极化的海面均值散射系数,进而计算了不同工作频率及不同散射系数下的雷达回波功率。2、使用核主分量分析(KPCA)方法替代主分量分析方法(PCA),更精确的处理修正折射率剖面与雷达回波之间的病态非线性关系。并且使用2014年青岛气象雷达站实测的雷达回波功率对修正折射率剖面进行了反演。3、介绍了蒸发波导四参数模型,使用马尔科夫-蒙特卡洛(MCMC)方法对蒸发波导四参数模型进行采样,计算各个参数的后验概率分布,得到参数反演结果的后验概率密度分布。4、使用中尺度WRF数值模拟我国部分不同海域(东海、黄海及南海)中对大气波导效应影响较大的气象物理参量,并且在此基础上使用P-J单参数模型对不同海域的蒸发波导进行计算,得到区域非均匀性的蒸发波导高度,同时计算了东海、黄海及南海的区域修正折射率分布。