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全球气候变化越来越成为各国所关注的重大问题，全球变化主要驱动力来自温室效应的增温作用和气溶胶的降温作用。大气中的气溶胶粒子在地球大气系统中含量虽然很低，却扮演着十分重要的角色。此外，在未来气候变化的预测方面，最大的不确定性同气溶胶与云的辐射效应密切相关。近年来，沙尘暴、火山等灾害频发，大量的沙尘、火山灰、烟尘等粒子悬浮在大气中，对气候和环境产生了极大地影响。对大气的遥感与探测也显得尤为重要。 激光雷达（Lidar-Light detection and ranging）是激光探测及测距系统的简称。激光雷达以其量子能量高、波长短的特性越来越广泛的应用在大气的探测中。激光入射到物体上，与物体相互作用后发生光散射，散射光没有发生明显波长变化的散射叫弹性散射，而弹性散射激光雷达非常适合于探测大气粒子（气溶胶、沙层）、云、雨滴和大气分子等。尤其是近年来，随着激光雷达的发展，大气探测范围和精度不断提高。而星载激光雷达以其运行轨道高、观测视野广、不受地面条件限制等优势迅速发展。2006年，由美国和法国联合研制的CALIPSO卫星发射升空，主要任务是研究大气中的悬浮粒子-气溶胶粒子和云的空间垂直分布以及其光学特性。 本文在此基础上，以星载激光雷达CALIOP为例，研究了分析、处理激光雷达后向散射数据及反演光学参数的方法，并通过以上的处理方法和反演算法，分析了北京沙尘天气的大气状况和冰岛火山数据。论文在以下五个方面做了细致的研究： 1 针对星载CALIOP激光雷达提出了处理后向散射回波数据的IDL处理方法。星载激光雷达数据以HDF文件为数据格式，CALIOP作为一台双波长激光雷达，雷达回波数据中包含了532nm和1064nm两个波长通道的雷达参数数据和后向散射数据。利用可视化分析工具IDL处理了后向散射数据并给出了直观的二维彩色分布图，并编程实现了交互式的用户界面，便于处理各种数据文件。用户界面能够交互式的选择文件、经度范围、显示精度、波长通道等参数信息。 2 利用IDL处理方法处理、分析了北京2010年3、4月份春季沙尘暴天气的沙尘气溶胶，给出了3月18日和4月3日两天北京上空的两通道衰减的后向散射、退偏振比和衰减的雷达色比的空间分布图，并通过计算区分了沙尘粒子和云。最后根据气溶胶的后向追踪图，分析了沙尘气溶胶的来源。 3 通过对前人方法的总结和借鉴，提出了改进的双波长反演算法。根据双波长反演算法需满足的条件，在532nm通道通过迭代法求解雷达方程，根据火山灰气溶胶的经验值确定此波长通道的雷达比，再通过多次迭代逼近消光系数在假设条件下的理论值。在1064nm波长通道利用最小二乘法确定两个未知常数，两通道雷达色比和1064nm通道的雷达比。此方法能够利用迭代并且利用两通道的参数关系确定最终光学参数，减少了假设未知参数的个数。 4 通过对冰岛火山灰气溶胶的数据反演验证了以上的双波长算法并定量分析了冰岛火山灰的分布及光学特性。对欧洲上空的火山灰气溶胶的反演分析表明：三个观测点的火山灰气溶胶分布基本在4~5.5km高度，基本停留在对流层高度，火山灰层较厚，连续覆盖范围较广，光学厚度大致在0.08~0.15之间，退偏振比相较沙尘等气溶胶偏小。此外，对此次火山灰扩散及影响情况的分析表明火山灰扩散速度较慢，短时间内很难消散。 5 对反演算法的误差源进行了分析和计算，给出了算法的不足和限制条件以及在后续研究中可以探索的方向。