沙尘气溶胶作为大气中的典型气溶胶,是影响地气系统的一个重要因子。它一方面通过吸收和散射太阳短波辐射以及地气系统发出的长波辐射,对地气系统的能量收支平衡产生影响。另一方面,还通过改变云的特性影响降水发生率,对区域气候及水循环产生影响。此外,沙尘气溶胶能够在蒙古气旋或青藏高原的作用下,抬升到较高的高度,进而在西风急流等的作用下,传输到我国东部沿海地区,甚至跨越太平洋到达北美等地。在长距离输送过程中,沙尘气溶胶会和其他污染性气溶胶相互作用,使其作为云凝结核的性质发生改变。沙尘气溶胶的传输和沉降,以及长距离传输过程中其物理、化学特性的改变,被认为是全球生物和化学循环的重要途径之一。因此,开展沙尘气溶胶的传输和气候效应的研究显得尤为迫切和重要。本文依托我国西北地区第一个具有国际水准的半干旱气候与环境观测站一兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL),结合A-Train卫星编队资料、NCEP再分析资料、Climate Research Unit (CRU)降水资料及Fu-Liou辐射传输模式等,系统地研究了沙尘气溶胶的长距离传输和沉降、直接效应、间接效应及对降水的影响。一般而言,能够长距离传输的沙尘气溶胶多被抬升到5km以上的高空。本文通过对比分析春夏季节沙尘气溶胶常规传输路径上的沙尘气溶胶通量发现：春季,塔克拉玛干沙漠向5km的高空约输送17.06Tg的沙尘气溶胶,28.6%的沙尘气溶胶通过高空传输至东部沿海地区；夏季,塔克拉玛干沙漠向5km的高空约输送约7.43Tg的沙尘气溶胶,24%的沙尘气溶胶通过高空传输至东部沿海地区。传输至中国东部沿海地区的这部分沙尘气溶胶,在春季和夏季分别约有30.7%和13.4%的沙尘气溶胶通过1.5-3km的高空跨越太平洋到达北美地区。单次散射反照率等参量是评估沙尘气溶胶直接效应的重要前提。本文利用2010年4月份野外观测实验和SACOL站获取的沙尘气溶胶光学参数和垂直廓线,结合Fu-Liou辐射传输模式,对比分析了2010年4月24日特大沙尘暴期间民勤和SACOL地区沙尘气溶胶的直接辐射效应。民勤地区,沙尘气溶胶在大气层顶处(TOA)、地表处和大气中净辐射强迫的最大值出现在4月24日,分别为35.70,-17.18和53.48W m-2；在SACOL,沙尘气溶胶在TOA处、地表处和大气中净辐射强迫的最大值则出现在4月29日,分别为27.52,-28.80和56.32Wm-2。在沙尘层内部,沙尘的加热作用可达3-6K,这主要取决于沙尘气溶胶的浓度。在民勤地区的最大净加热率(长波加热率和短波加热率之和)出现在4月24日的1.5km处,值为5.89K；SACOL的最大净加热率则出现在4月29日的2.2km处,值为4.46K。此外,敏感性实验表明,沙尘气溶胶在TOA处的辐射强迫受单次散射反照率的影响最大,其次是气溶胶光学厚度、不对称因子、地表反照率和沙尘气溶胶的高度。并且,当沙尘气溶胶光学厚度相当时,其在SACOL地区辐射强迫的绝对值要大于民勤地区,这种差异意味着沙尘气溶胶由民勤及其他地区传输至SACOL过程中,其光学特性发生了较大的改变。沙尘气溶胶作为干旱和半干旱地区对流层中主要的气溶胶类型,能够与云相互作用,通过改变云的宏微观物理特性,进而影响降水发生率及云的辐射效应。然而,沙尘气溶胶对该地区气候变化的影响还存在很大的不确定性。本文利用A-Train卫星数据提出了一种识别沙尘云的新方法,对比分析了沙尘源区和沉降区沙尘云和纯云的宏微观物理特性。研究结果表明,沙尘气溶胶使云的光学厚度、云水路径、冰水路径以及云有效粒子大小等减小。在源区,沙尘气溶胶对水云的影响作用要大于冰云；在沉降区,沙尘气溶胶对冰云的影响作用要大于水云。此外,沙尘气溶胶在源区和沉降区的瞬时净辐射强迫绝对值分别减少了43.4%和16.7%。这说明,沙尘气溶胶抑制了云的冷却效应,从而可能导致更强的增暖效应。此外,本文利用1960～2009年的地面台站观测资料和CRU降水资料,通过分析沙尘指数与降水量的相关性发现,沙尘气溶胶在春季抑制干旱和半干旱地区降水的发生,夏季却促进干旱和半干旱地区降水的发生。