随着卫星遥感技术的不断发展，云的宏观和微物理性质以及他们在整个地气系统中所起的作用逐渐被研究，利用卫星红外高分辨率光谱来研究卷云的特性已经成为当前卷云性质遥感的热点。本文包括四部分:基于通用大气辐射传输模式(CART)对可见到中红外卷云大气的辐射特性模拟计算和分析，包括卷云高度对大气的红外光谱辐射影响的研究和卷云短波反射特性的模拟计算研究;对卷云的特性进行统计分析，选择研究的数据为EOS-AQUA平台上MODIS提供的北京地区二级云产品;基于AIRS和MODIS的融合资料，采用CART，利用AIRS红外波段(1070～1135cm-1)高光谱数据反演了卷云的光学厚度和云项高度，并且与MODIS产品进行了对比分析;最后基于AIRS和MODIS卫星观测研究了实际大气条件下卷云和水云的红外辐射特性。研究内容和取得的成果如下:　　1.卷云短波反射特性的模拟计算研究　　利用CART模拟计算了0.4-2.5μm波段卷云大气反射率，分析了卷云大气的反射率随波长、光学厚度、有效尺度、卷云高度和地表类型变化情况，并模拟计算和分析了0.55μm、1.38μm波段和2.75μm波段卷云大气反射率间关系。　　研究结果表明:可见到近红外波段，卷云大气反射率随卷云光学厚度的增大而增大。可见光波段，卷云大气反射率随卷云粒子有效尺度变化很小;近红外波段，卷云大气的反射率随卷云粒子有效尺度增大而减小;近红外大气吸收波段，卷云大气的反射率随卷云高度的增大而增大。大气窗口区卷云大气的反射率随地表类型的变化由显著的变化。通过0.55和2.75μm波段，1.38和2.75μm波段的卷云大气反射率间的关系可以反演卷云的光学厚度和有效尺度。　　通过0.55和2.75μm波段，1.38和2.75μm波段的卷云大气反射率间的关系的研究，提出了一种新的方法去反演卷云的光学厚度和有效尺度。　　2.卷云高度对大气的红外光谱辐射影响的研究　　利用CART模拟计算了不同高度卷云大气红外辐射亮温谱，着重分析了卷云高度对不同红外波段红外亮温的影响，以及对卷云有效尺度与光学厚度反演的影响。　　研究结果表明:对流层顶以下，大气窗区的亮温随着卷云高度的变化和大气温度廓线基本一致，790～960cm-1波段亮温的斜率随着卷云高度的增加而变大。亮温差BTD[900-1231cm-1]对薄卷云和小的有效尺度随卷云高度的变化较明显。对于厚卷云，亮温差BTD[900-1559cm-1]随卷云高度的变化基本上不依赖于卷云有效尺度和光学厚度。　　该部分的研究为利用红外高分辨率光谱遥感卷云的云顶高度做好了理论铺垫。　　3.基于MRS红外高光谱卫星数据反演卷云光学厚度和云顶高度　　基于AIRS L1B红外高光谱辐射观测资料，结合MODIS云产品数据，利用CART，根据模式模拟和AIRS实际观测亮温的亮温差，研究从AIRS红外波段1070～1135cm-1高光谱数据反演卷云的光学厚度和云顶高度。将反演的卷云光学厚度与云顶高度作为输入参数模拟计算650～1150cm-1波段卷云大气顶的辐射亮温谱，并将模拟值与AIRS观测亮温谱进行了对比分析。将反演的卷云光学厚度和云顶高度和AIRS的760通道(900.56cm-1，11.1μm)的亮温以及MODIS卷云反射率进行了对比分析。最后将反演的卷云云顶高度和MODIS云顶高度进行了对比分析。　　研究结果表明:反演情况下650～1150cm-1波段模式模拟和观测亮温谱吻合得很好，说明CART可以较好的模拟AIRS亮温谱。反演的卷云参数与AIRS在大气窗口区的760通道(900.56cm-1，11.1μm)的亮温的分布满足低亮温对应较大的卷云光学厚度和高云顶高度。反演的卷云参数和MODIS卷云的反射率分布满足高卷云光学厚度和云顶高度对应高卷云反射率。反演的卷云云顶高度和MODIS的卷云云顶高度之间线性相关系数相对较高，且都在8.5～11.5km的概率较高，两者的概率分布趋势一致。说明CART可以用于反演卷云的性质，反演结果具有一定的可靠性。　　该部分工作是基于融合的AIRS和MODIS数据。反演卷云光学厚度和云顶高度将作为输入参数用于研究实际大气下卷云大气红外辐射特性。　　4.基于AIRS和MODIS观测的卷云大气红外辐射特性研究　　利用MODIS二级云产品、AIRS二级大气产品和AIRS L1B红外高光谱数据，采用CART,选择9μm(1070～1135cm-1)、11.03μm(886～928cm-1)和12.02μm(815～850cm-1)波段对卷云大气顶的亮温进行了模拟与分析，对反演卷云参数和MODIS云产品下的模拟亮温分别与AIRS观测亮温间关系进行了分析与比较，并对反演卷云参数基础上的模拟计算和AIRS观测亮温的亮温差的概率分布进行了研究。　　研究结果表明:基于反演的卷云光学厚度和云顶高度的三波段模拟计算和AIRS实际观测亮温分布一致，模拟计算和AIRS实际观测亮温间相关系数达0.98以上。11.03和12.02μm波段模拟计算和AIRS实际观测亮温间亮温差主要分布在0～5K，9μm波段亮温差主要分布在0～±0.5K。建立在反演卷云参数基础上的实际大气条件下的大气辐射特性模拟研究具有准确性和可靠性。　　5.利用MODIS资料模拟计算水云大气红外辐射特性　　利用MODIS二级云产品和大气产品资料，采用CART模拟计算了水云存在的情况下8.55μm、11.03μm和12.02μm波段水云大气顶亮温，并对三波段的MODIS云顶观测亮温和模拟计算的亮温进行了对比分析。　　研究结果表明:利用MODIS卫星观测云参数、大气参数和空间几何参数，结合CART模拟计算的亮温和MODIS云顶亮温分布基本一致，亮温差较小，主要分布在0～10K附近。模拟计算的三个通道亮温差BTD(8.55～11.03μm)和BTD(11.03～12.02μm)的变化符合水云的情况。　　6.基于MODIS云产品的北京地区卷云特性统计分析　　利用2007年1月到2008年12月北京地区MODIS云产品数据(MYD06)，对北京地区卷云的光学厚度、有效尺度和卷云云顶高度的概率分布和季节变化进行了统计分析，并对卷云出现的概率分布进行了研究。　　研究结果表明:卷云的云顶高度主要分布在6～12km，典型高度在9km左右，卷云云顶高度分布随季节变化而变化。卷云的有效尺度主要分布在20～80μm之间，40～50μm之间概率最大。卷云有效尺度随季节变化不大，并在一定程度上依赖于卷云的云顶高度。北京上空出现的卷云基本上都是不透明冰云。卷云光学厚度主要分布在0～10之间，光学厚度小于5出现的概率大。冬季北京地区卷云出现的概率较小，光学厚度较小。　　对卷云特性的统计分析，加深了对卷云特性的认识，是研究实际大气下卷云大气辐射特性的基础。