卫星降水产品在一定程度上为地表观测稀疏地区的降水提供了参照值，但在具体应用时仍需进行适用性和精度评价。为降低不确定性，通行做法是利用地面观测数据对卫星产品进行融合校正，评价和修正卫星降水产品。以TRMM为例，对研究中国大陆范围的融合TRMM降水的公开成果进行了检视，发现不同研究成果结论之间存在不可忽视的方向性相背情况，极大地影响着生产实践应用中对融合产品的可靠性判断。研究认为，这种融合结果相背的现象与融合校正方法关系不大，而与地面降水参照站点选取的范围有密切关系。研究表明，仅靠TRMM卫星降水自身及与地面融合方法的创新，尚不能降低卫星降水产品的不确定性。目前仍需加强对卫星降水融合中地面观测数据的完整性要求，采用多种独立检验方法验证融合结果的一致性和可靠性。

太赫兹波（频率0.1~10 THz，波长3 mm~30 μm）位于微波与红外波段之间，其波长与典型冰云粒子尺度处于同一量级，是理论上遥感冰云微物理参数的最佳波段，利用该波段进行冰云探测已成为重要的前沿领域和研究热点。首先，概述了太赫兹波被动遥感冰云微物理参数的基本原理；然后，从太赫兹波冰云探测仪器、太赫兹波段大气辐射传输模拟器和太赫兹波被动遥感冰云的反演方法等3个方面详细介绍了太赫兹波被动遥感冰云的关键技术，尤其是对已有太赫兹波辐射计的关键参数、太赫兹辐射传输模拟器的特点和不同反演方法的优缺点进行了探讨分析；最后，对太赫兹波被动遥感冰云技术进行了总结和展望，以期能为今后太赫兹波被动遥感冰云相关研究提供参考依据。

云是影响天气、气候变化的重要因子，也是目前造成气候模拟的最大不确定因素之一，云的长期准确观测，对验证和约束模式结果，减少云对气候变化模拟预测造成的不确定性有重要意义。毫米波云雷达通过接受云滴粒子回波信号，可以获取云的三维结构特征，是云探测的有力工具。以兰州大学半干旱气候与环境观测站Ka波段云雷达和CloudSat星载W波段云雷达为例，详细介绍了一种基于双边滤波的噪声压缩思想，对地—空基云雷达信号回波和背景噪声区分识别的云检测改进算法。通过将图像平滑处理的双边滤波思想引入毫米波雷达云检测算法当中，在压缩雷达背景噪声的同时，保持了弱信号边缘的清楚完整性，从而识别出更多被以往算法忽略的真实信号，并与地面和星载激光雷达同步观测对比，证实了该算法能显著降低传统算法的漏检率，提高毫米波雷达云检测准确度。同时，还以飞行器航迹检测为例，探讨了该算法在微波雷达对目标物探测应用中的改进，说明该算法对增强雷达小散射截面目标物识别方面的普适性。由此认为该方法对微波主动雷达目标物检测，特别是弱信号物体识别提供了一种有效改进。

示踪大气垂直传输交换过程对了解大气中化学物质传输路径、气候变化过程及预测大气环境变化趋势具有重要的科学意义。大气⁷Be和¹⁰Be生成后就迅速被氧化，随干/湿沉降过程到达地表，通过分析其中⁷Be和¹⁰Be浓度以及¹⁰Be/⁷Be值可示踪平流层—对流层交换过程。为全面了解⁷Be和¹⁰Be示踪大气垂直传输交换过程及研究现状，从⁷Be和¹⁰Be的浓度及其比值的分布规律及影响机制方面剖析其对平流层—对流层交换的示踪，对相关示踪研究取得的成果进行了总结和评述。¹⁰Be/⁷Be值作为平流层—对流层交换灵敏示踪剂，相比⁷Be可避免对流层干/湿沉降及不同气团稀释作用影响，明显地避免纬度变化和太阳周期变化带来自身产率变化的影响。最后指出⁷Be和¹⁰Be示踪平流层—对流层交换时需要注意由南北半球区别、地区纬度变化及研究地点的地理位置特征等带来的影响；各地区长周期高精度的⁷Be和¹⁰Be数据对沉降通量研究、平流层—对流层交换示踪、全球气候模型的建立及验证具有重要作用；重悬浮粉尘对¹⁰Be浓度和¹⁰Be/⁷Be值的影响不可忽视，Al元素校正法是去除扬尘影响较为有效的校正方式。

大气边界层作为连接下垫面和自由大气的重要桥梁，不仅影响局地的各种天气过程的发展和演变，而且在区域和全球的天气和气候变化中也扮演着关键角色。鉴于大气边界层自身的复杂性，对其数值模拟一直以来都是大气数值模拟研究中的热点和难点。通过归纳近几十年来大气边界层数值模式发展经历的3个阶段，梳理了干旱半干旱区、青藏高原地区和城市复杂下垫面3个陆地气候关键区边界层过程，以及海洋上特殊的台风边界层数值模拟研究取得的重要进展；总结出当前大气边界层数值模拟研究所面临的5个亟待解决的关键科学问题：云与边界层相互作用、边界层参数化、模式分辨率、边界层资料同化以及边界层发展机制。并明确了该领域未来需要在加强不同类型大气边界层过程的认识、边界层底和顶界面交换过程的理解、特殊地区边界层发展机制的解释、边界层参数化方案的改进、大涡模拟在边界层模拟中优势的充分发挥等5个方面开展重点研究，以期能为今后更系统地开展大气边界层数值模拟及相关研究提供参考依据。

对流触发（CI）一直是强对流天气预报中至关重要而又充满挑战的环节。在CI发生之前，高时空分辨率的天气雷达和静止气象卫星常能够观测识别到边界层辐合线和积云快速发展等用于评估CI发生条件的前兆信号，从而为定时定点的CI临近预报提供有力观测支撑。基于此，综述了雷达和卫星在CI观测研究和临近预报技术上的运用进展。首先回顾了近40年来CI观测研究中的里程碑工作以及最新的研究进展，结合CI发生条件梳理了CI研究方式和内容及其随雷达和卫星探测能力提升而呈现的发展趋势。进而介绍了较为成熟的3种基于雷达和卫星观测的CI业务临近预报技术在国际范围内的发展运用。最后提出雷达和卫星观测在CI研究和预报运用中需要进一步解决的问题。

云和降水区微波观测包含大量与天气系统，特别是台风、暴雨等灾害性天气系统发生发展密切相关的大气信息，因此微波资料的全天候同化应用成为当前数值预报领域的热点研究问题。过去20年间，全球几大数值预报中心逐步开展了全天候同化技术的研究和业务应用，证实了全天候卫星微波观测资料能够改进模式中的质量、风场、湿度以及云和降水场的初始信息，从而改进数值预报模式的预报效果。通过梳理和评述全天候卫星微波观测资料同化方法，分析其中的关键技术问题和目前存在的困难和挑战，为未来在我国数值天气预报领域开展全天候同化研究提供依据。随着我国新一代数值天气预报模式的发展应用，加强我国全天候资料同化技术的研究将会在业务中发挥更大的科学效益和应用效益。

对大气成分准确、及时地监测是掌握大气成分分布特征、研究大气污染成因机制、有效防治大气污染的前提。遥感监测技术在大气成分的观测过程中具有远距离实时观测、快速分析成分多样的大气混合物、无需采样便可获得目标成分的立体时空分布结果等优势。大气成分的遥感监测方法多样，各种仪器优势各异，覆盖了多样的气体和气溶胶的监测范围。根据各仪器距地面高度的差异，遥感平台可划分为地面平台、航空平台和航天平台。遥感技术在大气成分监测领域中应用广泛，已满足了多种观测目的的观测要求。介绍了大气成分的遥感监测方法和平台，并总结了针对不同目的的遥感应用实例，展望了遥感方法在大气成分观测方面的发展方向。

大气二氧化碳浓度的变化与全球冰盖变化、温度、海平面变化密切相关，了解过去大气二氧化碳浓度的变化及对二氧化碳与气候之间关系的研究，是预测未来气候变化的重要手段。长链烯酮碳同位素是重建古大气二氧化碳分压(pCO₂)的重要指标之一，广泛应用于新生代以来大气二氧化碳的重建。对长链烯酮重建大气二氧化碳的方法进行了综述，介绍了颗石藻长链烯酮的地球化学性质，回顾了二氧化碳被动扩散模型的发展、长链烯酮重建二氧化碳的指标的发展及其不确定性，颗石藻的碳浓缩机制以及新生代以来长链烯酮重建大气二氧化碳的地质记录。

随着智能手机及嵌入式传感器的发展和普及,出现了公众利用智能手机探测大气环境参数的非专业探测手段,无需额外专用仪器,具有硬件成本低、时空分辨率高、时空覆盖广等优点,成为专业大气探测的有效补充。在气象业务、科研和公众服务等领域具有广阔的应用前景。目前我国在非专业大气探测方面的研究较少,为了充分发挥这一非专业探测手段的效能,在分析现有智能手机及嵌入式传感器技术现状的基础上,重点介绍了智能手机应用于降水、气温、气压、气溶胶和辐射等参数测量的技术现状,提出应该从加强机理研究、挖掘可用信源、数据质量控制、大数据处理技术以及与业务、科研、服务的匹配衔接等方面开展研究,推动智能手机参与大气探测的研究与应用。

生物气溶胶对全球气候、空气质量、大气过程和人体健康均具有重要影响。每年爆发的沙尘事件,使得生物气溶胶可借助沙尘进行长距离输运,从而影响到下风向地区生物气溶胶的浓度和性质。综述了沙尘天气下生物气溶胶中微生物的浓度、特性和分布特征的研究现状。已有研究显示,沙尘发生时,生物气溶胶中不同类别微生物的组成比例会有显著变化,细菌和真菌相对贡献随之改变。可培养细菌、真菌和总微生物浓度,均在沙尘天气下显著增加,但不同地区不同种类微生物在沙尘天气下的增加幅度相差很大。生物气溶胶中微生物主要分布于粗粒子中,其粒径分布受到沙尘天气的较大影响,而且不同种类微生物粒径分布的变化并不相同。沙尘发生时,生物气溶胶中的微生物群落结构与优势微生物也会发生明显改变。沙尘天气对生物气溶胶浓度、粒径分布、群落结构和活性的影响程度和影响机制,还需要进一步深入研究。

大气环流异常是造成天气和气候变化的直接原因。以往对大气环流形势和中国降水关系的研究绝大部分是在对大气环流形势进行主观分型和进一步诊断的基础上来研究两者的联系。相对于对大气环流形势的主观分析,客观分型方法采用的指标更一致、标准更统一,能够得到较多的大气环流类型,目前得到了较为广泛的应用。利用欧洲中期数值天气预报中心提供的1979—2016年的再分析资料(ERA-Interim),通过选择逐日12UTC的海平面气压、可降水量和700 hPa风速3个变量, 应用倾斜旋转T模态主成分分析方法对中国区域内的大气环流进行了客观分型,并进一步分析了不同大气环流类型与中国区域降水之间的联系。结果表明,不同大气环流类型对中国区域降水趋势和降水量的影响不仅在空间上存在差异,而且在季节上也不尽相同。总体表现为大气环流类型对降水量大的区域和降水量多的月份影响较大,而对降水量小的区域和降水少的月份的影响较小。此外,与环流类型发生频次对中国降水的影响相比,大气环流类型发生频次不变的背景下降水强度变化对中国降水趋势的影响更加显著。

为研究低分辨率气象卫星数据云检测的尺度误差及其给下行辐射计算带来的影响,利用高分辨率静止卫星GF-4数据进行云检测并进行误差分析。首先运用可见光通道阈值法和时间序列法,对GF-4数据进行云检测,以GF-4云检测结果为基准,分析Himawari-8和FY-2(FY-2G和FY-2E)云检测结果的误差。在研究区内FY-2G,FY-2E与Himawari-8云图能够将云和晴空较好的区分开,造成误差的主要原因是不同空间分辨率卫星所产生的尺度效应(云检测算法不同造成的差异在此不予讨论),误差大多发生在薄云以及碎云较多的区域,高分辨率数据能够较好地检测出碎云,而低分辨率数据则会产生误检、检等情况。在此基础上对下行短波辐射遥感计算的误差进行分析,发现像元中实际云量的误差会给下行辐射的估算带来明显误差,所选试验区瞬时下行辐射相对误差最大为-173.52%,日总下行短波辐射相对误差最大为-20.20%。研究结果表明,在碎云较多的区域,利用高分辨率静止卫星数据可以显著提高下行短波辐射的估算精度。

雷电热效应的强度及其影响范围和持续时间(时空尺度),是雷电的重要特征参数,在雷电致灾、雷电防护、雷电化学等应用领域有着重要作用。由于闪电发生时间和地点的随机性,加之强大的回击电流,故难以做到对闪电通道温度的直接测量,只能采用遥感技术。通过概述国内外雷电流热效应测量的光谱技术,分析利用地基微波辐射计开展雷电流热效应微波遥感所面对的问题,以便了解雷电流热效应的观测研究现状,促进开展雷电流热效应的微波遥感观测研究。

同化卫星资料能够得到模式较好的初始场,目前资料变分同化是基于误差服从高斯分布这一理论,因此在同化高光谱大气红外探测器(AIRS)资料前,必须进行资料质量控制。从通道选择、异常值剔除、偏差订正、云检测和数据稀疏化5个方面对AIRS资料质量控制研究现状进行分析与讨论。归纳总结了基于信息熵分步迭代法、主成分累计影响系数法和主成分—逐步回归法3种通道选择方法。经分析比较认为信息熵分步迭代法使用得较为广泛,但所选通道之间存在“弱相关”;主成分—逐步回归法能够获得信息量较大的通道组合,由于算法的原因,执行过程较耗时。探讨了莱茵达法则和稳健性较强的双权重法对异常离群值剔除,得到双权重法效果较好。介绍了离线和在线偏差订正方法,包括静态、自适应、回归法、变分、基于辐射传输模式、基于卡尔曼滤波偏差订正法和偏差订正的动态更新技术。对比发现静态法时效性较好;变分法能够解决数据漂移等问题;基于模式和卡尔曼法虽效果较好,但较耗时不适合业务化使用;综合而言,偏差订正动态更新技术的效果和时效性都较好。分析了晴空视场点、晴空通道、云辐射订正和不同仪器云产品的匹配4种云检测方法。从数值业务时效性角度出发,晴空视场点和晴空通道云检测法较为可行,但经过晴空视场点云检测后同化的资料量比晴空通道法少,会造成在气象敏感区如高层通道资料的丢弃,在一定程度上会影响分析场的质量。进一步分析了跳点跳线、box法和主成分分析法在AIRS资料稀疏化中的初步应用研究。从同化时效性和可操作性出发,得出box法可行;主成分分析法算法复杂度较高,但具有一定的应用前景。在综述质量控制部分基础上,进一步给出了该领域未来的相关研究方向。

当下大气CO的研究内容和关注焦点主要包括CO的大气化学特性、CO对气候环境的间接影响、环境污染监测及源汇研究、CO全球分布特点及传输变化规律等。为了更好地了解大气CO的研究现状,回顾了大量国内外研究成果,对大气CO的研究方法进行了初步总结,以期对未来加强我国三极地区大气CO观测和完善大气化学模式等方面提出合理建议。

2016年4月签署的“巴黎协定”的目标是到21世纪下半叶全球人为碳排放与生态系统碳汇持平,为了实现这一目标需要精确计量全球不同地区的碳通量,而全球碳同化系统是有效的技术手段。为此,国家科学技术部在“十三五”期间部署的国家重点研发计划“全球变化及应对”专项资助了“基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究”项目。将发展生物圈和大气圈关键参数多源遥感协同反演技术体系、多源卫星与地面观测数据联合碳同化算法,进而建立耦合生态系统模型的高分辨率全球碳同化系统,联合同化多源观测数据,优化生态系统模型关键参数、光合和呼吸碳通量、重点区域人为源碳通量,定量揭示全球陆地生态系统和重点区域人为源碳通量时空格局、生态系统碳源汇驱动机制,为全球变化与应对专项目标的实现和国家决策提供技术与数据支持。

印度半岛和东亚是气溶胶大值区,也是亚洲季风的主要影响区域,季风和季风降水的变化对季风区的经济尤其是农业生产有重大影响。气溶胶影响印度季风的研究开始较早,研究工作也较多,已取得了较为全面的进展。早期研究表明大气棕云导致负辐射强迫可减缓温室气体带来的增暖。现有研究表明吸收性气溶胶对印度季风爆发早期有增强作用,随后气溶胶对印度和东亚夏季风有减弱作用。由于影响季风的因子较多、研究工作较为复杂,现有的气溶胶影响亚洲季风的研究还存在不确定性。回顾和概括了前人的研究,通过气溶胶影响东亚季风与印度季风的对比,讨论现有研究的不足,并为未来气溶胶影响季风特别是影响东亚夏季风的研究指出方向。

建立卫星对地观测数据集成系统是遥感卫星数据信息资源有效管理与应用的重要手段。从我国对地观测重大需求以及前沿科学问题入手,提出大数据环境下卫星对地观测数据集成系统建立中亟待解决的关键技术,包括大容量异构对地观测数据集成的语义技术、基于网格的遥感图像快速处理技术、遥感大数据深度分析技术、多数据中心协同处理及云平台技术,为实现集成卫星图像、地面观测数据和模拟模型的元数据管理、几何精度纠正和卫星数据质量评价、海量卫星图像数据的空间分析与知识发现、分布式高性能卫星图像数据管理和归档等基本功能,为解决海量卫星数据分布式存储与计算、数据集成与互操作、空间数据分析与地学知识发现提供新思路、新技术与新方法。

从甲烷大气化学过程、传输模式和反向模拟机理等方面综述了大气甲烷浓度变化及其源汇研究的主要进展及存在的问题。基于数据同化算法的反向模拟能有效降低全球及国家尺度甲烷排放估计的不确定性。但在具体的算法实施中,先验的甲烷排放估计和地面站大气甲烷浓度测定的不确定性量化仍然主要是经验性的,缺乏严格和系统性的量化算法。相对于有限的地面站测定,基于卫星平台的大气甲烷浓度变化监测数据极大地提高了数据的空间覆盖度,进一步促进了反向模拟的应用。当前的反向模拟研究在全球尺度上确认了自然湿地甲烷排放对大气甲烷浓度年际波动的决定性作用;在国家尺度上,反向模拟在国家温室气体清单的“可核查”方面也有广泛的应用前景。

碳质气溶胶（或颗粒物）作为大气气溶胶的重要组成,对环境、气候和人类健康造成了巨大的危害。其主要组成成分有机碳和元素碳具有不同的来源特征,且对人类健康和气候系统的影响也具有明显的差异。放射性碳同位素（¹⁴C）不仅能定性区分生物源和化石源,还能定量分析不同来源对有机碳和元素碳的贡献比率。重点评述了放射性碳同位素法对气溶胶源解析的技术原理、分离测试方法以及在我国应用的研究进展;最后提出了国内研究应加强的领域和利用放射性碳同位素法研究大气气溶胶的发展趋势。

海洋上空颗粒物（即海洋气溶胶）体系组成和来源非常复杂,它对于大气颗粒物总数贡献非常大,是大气科学及全球变化领域研究的重要组成部分。与传统离线滤膜采样技术相比,气溶胶质谱技术具有灵敏度高、检测效率高、时空分辨率高等特点,已广泛应用于大气细颗粒物的特征和来源判别研究中。综述比较了目前应用最广泛的气溶胶质谱仪(AMS)和气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS)在岛屿、沿海城市、近海、开阔大洋及南北极地等区域细颗粒物特征的研究进展。指出2种一起联合使用,可以较为全面地观测海洋气溶胶的粒径、化学组分及混合态的特征,为中国近海的雾霾监测网建设和治理空气污染提供一定的科学依据。

频发的霾污染是目前京津冀最严重的环境问题。如何协调区域经济合理快速发展与防止大气环境恶化,已经成为公众关注的焦点,也是各级政府亟待解决的问题之一。对国内外典型大气污染事件的产生及治理历程进行了简要回顾;结合我国当前霾污染问题产生的特殊性,分析了京津冀区域霾污染研究对经济和社会发展、气候和环境变化、人体健康和区域和谐发展的现实意义;阐述了京津冀霾污染现象频发的主要客观要素和内在原因,并分析了当前研究工作中的不足。最后,在全球气候变化的大背景下,推测了京津冀及东亚地区未来大气污染的发展趋势。

随着卫星遥感关键技术的突破，卫星光谱分辨率达到了分辨大气成分单个谱线的水平，研究人员开始了大量通道同时反演大气廓线和多种微量成分的研究。针对AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)就红外高光谱资料反演大气水汽廓线的研究进展进行了评述，从训练数据、通道信息的提取及降维、反演算法和反演精度改进4个方面对反演晴空大气水汽廓线的研究现状进行了分析与讨论。 AIRS资料反演大气水汽廓线的训练数据通常选用威斯康星大学提供的全球晴空反演训练样本集CIMSS(Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies, University of WisconsinMadison)和SARTA(StandAlone Radiative Transfer Algorithm)辐射传输模式模拟的亮温辐射值。归纳总结了2种通道信息的提取及降维方法：一是采用有效的方法来完成光谱信息压缩，对常用的主成分分析和独立分量分析方法进行了对比，认为独立分量分析更为可行。二是通道选择，即保留部分含有较多大气廓线信息量的通道，达到降维目的。在进行通道选择时要注意针对不同地区气候类型、下垫面、季节以及即时天气条件，选择不同的通道组合。介绍了3种反演算法：特征向量统计法、牛顿非线性迭代法和神经网络法。对比发现特征向量统计法简单易行，但精度不够理想；牛顿非线性迭代法精度虽高但计算耗时长，因此不适合业务使用；神经网络计算速度快、精度也能达到要求，具有很好的前景。对目前的几种样本分类方法及附加因子进行了对比分析，对反演算法精度的改进提出了一些有益的设想。最后对晴空辐射订正及云天大气水汽廓线反演进行了简要介绍，提出了该领域未来的一些研究方向。

大气波导是对流层中具有异常大气折射率梯度的大气层，对于评估和预测电磁波传播和海上探测通信系统等具有重要的科学意义和应用价值。以海上发生的大气波导类型为线索总结了与大气波导相关的研究方法。在蒸发波导研究中以相似理论为基础，开发蒸发波导诊断模型为重点，开展区域海域适应性研究；海上悬空波导和表面波导从早期的定性分析到目前精确定量研究过程中，中尺度数值模式逐渐成为极其重要的研究手段，不仅提高了特定天气过程中大气波导模拟预测精度，而且在此基础上开展区域大气波导环境研究，分析其出现规律、气候原因等。针对海上大气波导研究现状，借鉴气象上的手段和技术，开展海上水文气象调查和电波传播实验，结合中尺度数值模式和海气耦合模式，采用同化技术和集合预报等手段，提高海上低空大气波导量化精度。

概述了国内外¹⁴C和¹³C技术在大气碳质气溶胶源解析中应用的研究进展，指出¹⁴C在碳质气溶胶源解析研究中具有不可替代的独特优势，联合采用¹⁴C和¹³C技术有利于解决多种排放源的区分问题；随着碳质气溶胶组分分离技术的进步，对有机碳(OC)和黑碳(BC)等组分中¹⁴C 的研究获得重要进展；除需深入研究¹³C的分馏机制外，建立各种排放源在不同区域的δ¹³C值域“特征谱”的重要性也日益突出；结合¹⁴C和¹³C以外的其他示踪剂、模型和分析方法将提供更多关于气溶胶来源的信息，并减小来源贡献率估算的不确定性。

随着新一代天气雷达的组网建设，常用雷达产品逐渐在人工影响天气（以下简称“人影”）工作中发挥了重要作用。如利用反射率因子产品分析降水系统的移向、移速、强度以及降水性质等特征为人影作业指挥提供参考；利用径向速度产品选择人影作业的最佳时机和部位；利用垂直积分液态水含量产品识别冰雹云并指导防雹作业；综合应用多种雷达产品建立人影作业判别指标和指挥系统并进行作业效果的检验等。但是，诸多雷达产品在人影中的应用上也存在一定的差距和不足。最后，指出现有天气雷达观测网在人影中应用的局限性，并提出毫米波测云雷达、双偏振雷达以及TITAN系统等在人影工作中的应用前景和雷达观测网未来建设的发展方向。