云高、云层数以及云厚度等云宏观垂直结构参数影响地气系统能量收支平衡,且与天气系统的演变以及气溶胶和大气边界层相互作用机制密不可分。本论文以超大城市综合气象观测试验获取的高精度、时空同步多源遥感数据为基础,利用北京南郊观象台Ka波段毫米波雷达、激光云高仪、L波段探空、葵花8静止气象卫星、风廓线雷达等连续观测数据,研究并探讨云垂直结构反演方法,并通过设备相互对比验证从而分析了云宏观垂直结构反演的一致性和差异性,并基于毫米波雷达和探空数据研究了北京地区云垂直结构的气候特征,最后初步提出了基于多源数据判识“云锋区”的综合判别方法。论文主要研究结果如下:1.提出并改进了基于探空秒数据和毫米波雷达反射率因子的云垂直结构判识方法。通过探空与毫米波雷达观测对比,毫米波雷达观测云顶高度平均偏低422.0 m,而云底高度则平均偏高350.7 m,总体二者一致性较好,引起二者偏差的主要原因主要有观测云高的物理原理不同、气球漂移、降水时雷达衰减、云垂直结构算法的局限性等。2.利用毫米波雷达、激光云高仪和葵花8卫星反演云高结果进行对比,结果显示三种设备云检测结果一致率高达74.4%,其中毫米波雷达观测云底高度比激光云高仪高0.08 km,而云顶高度则比葵花8卫星高0.82 km。雾霾天气下云高仪观测云底一般低于毫米波雷达,降水条件下毫米波雷达观测云底和云顶均偏低,且云底观测偏差随雨强增大而减小,而云顶偏差随雨强增大而增大。相反,随着云厚增大,云顶偏差逐渐变小,云底偏差则逐渐变大。在对降水情况下毫米波雷达观测云高进行订正后,冬季云底高度均值为4.42 km,夏季云顶高度均值为9.34 km。3.利用探空秒数据统计了北京的云垂直结构分布特征。北京夏季云出现频率最高（22.7%）,冬季最低（9.9%）;北京地区平均云顶高度、云底高度、云层厚度及云层间距分别为6.2 km、4.0 km、2.2 km、1.7 km,各云层的平均高度均呈现出春夏季大于秋冬季的特征;北京地区云层以混合云层为主,暖云层所占比重为秋季最大,冬季最小,冷云层所占比重为春季和冬季最大,夏季最小。4.利用Ka波段毫米波雷达三年观测数据研究了北京云垂直结构分布特征,结果表明:降水云所在高度低于非降水云,而雷达反射率则强于非降水云;夏季和秋季的云顶高度和雷达反射率强度均比春季和冬季要高。云底高度出现频率有两个峰值,分别位于0–1 km和5–6 km处,而云顶高度出现频率峰值位于9–10 km处。从季节变化来看,秋季平均云量最高,冬季最低;其中夏季云量峰值集中在15时到20时之间。北京地区以中高云为主。高云和降水云集中分布在北京的雨季（从5月到10月）,而中云则主要分布在冬季和春季。5.基于锋面理论首次提出“云锋区”概念---即云团与其上下层环境大气的交界处且要素梯度变化剧烈的过渡带区域。利用探空、毫米波雷达、风廓线雷达研究发现“云锋区”各要素均具有梯度变化不连续、脉动幅度较大等共同特征,并通过个例综合给出“云锋区”的合理范围。