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火山强烈喷发后往往会在大气层中形成火山灰云,它能够削弱到达地面的太阳辐射,引起局地甚至全球范围的气候系统的重大变化。与此同时,随着全球经济一体化的快速发展,国际航空运输业日益繁荣,火山灰云对航空安全的威胁也越来越凸显出来。因此,火山灰云监测已成为当前一项兼具科学性和现实性的重要工作。卫星遥感技术是在1960年代兴起并迅速发展起来的一门综合性对地观测技术,能够快速、准确地获取地物空间动态变化信息,已在全球变化监测、自然灾害监测、预警和损失评估等诸多领域得到广泛应用。尤其是近年来,气象卫星和激光雷达在火山灰云监测领域中显示出了极大的优越性,逐渐得到了学术界和相关业务部门的广泛重视,并已成为火山灰云监测研究中重要的支撑技术。基于上述背景,本文开展了面向卫星遥感数据的火山灰云识别方法及应用的一系列探索性研究。针对火山灰云的前期形成阶段和后期扩散阶段,从火山灰云的水平分布和垂直剖面分布结构等层面开展了研究工作。针对这两个层面,在分析主成分分析(principal component analysis,PCA)、独立分量分析(independent component analysis,ICA)、支持向量机(support vector machine,SVM)以及模糊C均值(fuzzyC-means,FCM)等方法的基础上,分别进行了 PCA-ICA加权与SVM相结合的方法、综合PCA与带邻域约束FCM方法、火山灰云垂直剖面分布结构探测等探索性工作。具体而言,本文的主要研究内容如下:(1)通过分析火山灰云前期形成阶段的分布特征,结合PCA与ICA统计特征和线性关系、SVM非线性分类现状,提出了一种PCA-ICA加权与SVM相结合的火山灰云前期形成阶段识别方法。以2014年5月30日的桑厄昂火山灰云MODIS图像为例进行了识别尝试。该方法既克服了传统单一方法的局限性,实现了特征互补,又提高了火山灰云在前期形成阶段中的识别效果。(2)通过分析火山灰云后期扩散阶段的分布特征,结合PCA线性变换和FCM模糊分类现状,提出了一种综合PCA与带邻域约束FCM的火山灰云后期扩散阶段识别方法。以2011年6月11日的普耶韦火山灰云MODIS卫星遥感图像为例进行了识别尝试。该方法既克服了传统单一 FCM方法的局限性,又实现了火山灰云在后期扩散阶段的有效识别。(3)通过分析星载CALIOP激光雷达能够依靠对偏振光敏感的双波段后向散射信号差异获取大气悬浮气溶胶颗粒和云层垂直剖面分布结构这一现状,结合火山灰云垂直剖面分布结构特征,提出了利用星载CALIOP激光雷达对火山灰云垂直剖面分布结构特征进行探测,并分别对2010年4-5月间的艾雅法拉火山灰云不同发展阶段的垂直剖面分布结构进行了探讨。(4)针对典型艾雅法拉火山灰云案例,提出了利用PCA-ICA加权与SVM相结合方法和综合PCA与带邻域约束FCM方法,从水平方向上分别对2010年4-5月火山灰云不同发展阶段进行了识别,并结合星载CALIOP激光雷达对其垂直剖面分布结构进行探测。通过尝试对典型火山灰云案例进行水平和垂直联合监测,以期能够为其他火山灰云研究案例提供借鉴。