大气气溶胶是空气中悬浮的微小颗粒或液滴。气溶胶可以直接通过吸收和散射太阳辐射直接使地表降温或通过影响云层的形成、改变云层的相态和微物理特性强烈地影响太阳辐射收支平衡使地表升温或降温、改变降雨的发生和强度。除此之外,粒径小于2.5μm的粒子可以直接被人体吸入直接影响人类健康,因此研究气溶胶的含量和种类、垂直分布和时间变化有重大意义。我国自2008年起采取了严格的空气污染防治计划,为了响应国家号召,武汉地区也采取了对应的“拥抱蓝天行动方案”,用于改善当地的空气质量。这些计划自实施以来,不仅显著影响近地表气溶胶分布,同时改变气溶胶的垂直分布,因此会产生一系列不仅对环境的强烈影响,更有对气象和气候的深远影响,然而这些影响却较少受到关注,特别是对于像武汉这样受到暴雨和强降雨天气剧烈影响的地区。为了研究全国减排的背景下,武汉地区气溶胶的垂直分布的变化特征及其对云层相态的影响,武汉大学中高层大气科研团队通过自主研发的偏振激光雷达在武汉大气遥感野外观测研究站进行了长达十年的连续观测。为了分析海量的激光雷达观测数据,我们研发了一套激光雷达自动反演算法,该算法可以自动识别云层和气溶胶洁净区,因此省去了大量的人工数据分析工作。另外为了克服云层多次散射效应对激光雷达的云层相态识别的影响,我们开发了多次散射模型用于分析多次散射效应对偏振激光雷达信号影响的特征,从而借助这种特征排除多次散射效应的干扰。最后基于沙尘识别和沙尘质量反演算法,我们分析了沙尘和非沙尘、纯沙尘和污染型沙尘等催化冰晶生成的能力。本文主要的研究内容和结论如下:（1）研发了适用于偏振激光雷达数据自动反演的算法。通过组合无需系统标定的云层识别算法和改进的Rayleigh fit算法,实现了激光雷达的自动处理,省去了非常耗时的传统的人工数据反演工作。经过对比发现,该算法输出的消光系数剖面与CALIOP的结果空间结构和量值接近,并且整体的气溶胶光学厚度（AOD）与Terra和Aqua的MODIS AOD平均偏差均小于0.05,标准差小于0.2。（2）开发了基于蒙特卡洛方法的云层多次散射模型。基于模拟结果,发现云层多次散射效应会使偏振激光雷达探测得到的体退偏比随激光穿透深度单调增加,且最后会趋于饱和,饱和阈值跟云的光学特性相关。（3）分析了武汉地区十年的偏振激光雷达观测结果和五年的地基站点的观测结果,发现武汉地区在2014-2020年期间年平均PM2.5（粒径小于2.5μm的颗粒物质量）从70.0μg?m-3下降到37.4μg?m-3,降幅达到46.5%。除此之外,PM10（粒径小于10μm的颗粒物质量）和SO2含量的下降均非常显著,这表明武汉地区空气质量管控措施成效显著。与此同时,可以发现O3的含量却出现上升趋势,这表明未来的防控重点需要发生相对应的变化,来应对新的大气污染状况。除此之外,2011-2020年期间,受益于局地管控和全国管控的影响,武汉地区AOD的下降趋势明显,达到每年0.049,是调研的十五个超大型城市中自二十一世纪以来最大的AOD降幅,强度达到欧美城市下降幅度的十倍。通过将整体AOD分为边界层内AOD和自由大气AOD,分别分析这两者在此期间的变化规律发现,武汉地区整体AOD降幅有80%由边界层内AOD贡献,这表明局地减排对当地整体AOD的影响巨大。值得指出的是,在新冠疫情防控前,武汉地区边界层内AOD均大于自由大气AOD,自从新冠疫情防控开始后,边界层内AOD均小于自由大气AOD,且达到观测周期内的最小值0.125。这表明新冠疫情防控对人类活动和排放的影响巨大。（4）通过对武汉地区云顶温度在0～-40°C的云层统计分析可知,气溶胶作为凝结核催化冰晶生成的能力跟温度呈反比。通过分离受沙尘和非沙尘影响的云层发现在-5～-30°C温度范围内,沙尘的催化能力比非沙尘强,且导致的含冰云数量多20%。通过识别老化沙尘和非老化沙尘影响的云层发现武汉地区超过90%跟沙尘相关的云层是污染型沙尘。通过分析含冰云的季节分布可以得知,夏天的有效凝结核比其他季节更低,秋季自由大气中可能存在比沙尘更有效的未知凝结核。通过对比具有不同污染等级的城市的含冰云结果发现武汉地区的含冰云占比大于莱比锡（德国）的含冰云占比。且通过对比分析发现非沙尘气溶胶并不是有效的凝结核,污染型的亚洲沙尘可能比污染型的撒哈拉沙尘的催化能力更强。