在全球变暖的背景下,黄土高原干旱化加剧,半干旱区面积明显增大,水资源短缺问题显著。为缓解局地水资源不足,我国各地实施人工增雨作业以增加降水。然而,每次飞机增雨作业不能定量回答地面降水是否增加,因此,效果检验成为人工增雨亟待解决的关键问题。在效果检验中,增雨作业后云层宏微观特征如何变化、地面降水是否增加仍没有明确结论。因此,为了回答增雨作业效果、找到令人信服的增雨证据,本文利用多种地基设备对黄土高原积层混合云的宏微观特征进行探测分析,加深对人工增雨作业对象的认识;随着探测手段的进步,通过对积层混合云前端过冷层云中的飞机增雨作业的物理响应特征进行联合探测研究,根据不同观测视角的物理响应特征得到的飞机作业后云和降水演变的概念模型有助于深刻认识作业后云宏微观演变特征,不仅明确回答了人工播撒作业后云层如何移动、分布、演变,催化剂影响的持续时间和地面降水是否增加等问题,而且推动增雨证据从统计证据向物理证据的转变,效果检验从统计评估向物理评估的转变,对人工增雨关键技术发展和增雨理论应用具有重要的指导意义。主要结果和结论包括:（1）提出云雷达与探空观测样本筛选的时空匹配原则,有效减小探空气球漂移引起的观测误差。通过陕西中部地区长达508天的探空和毫米波云雷达观测的共406组云底和云顶高度样本的分析,结果表明,使用时空间匹配原则筛选探空和云雷达的云高样本时,二者观测的云底和云顶高度的相关系数分别提高至0.98和0.97,均方根误差分别减小至602 m和708 m,平均绝对百分误差分别降低至14%和9%。时空匹配原则筛选的云高样本对于提高二者观测云高的一致性非常有效。基于时空匹配原则,利用探空检验云雷达的测云能力时发现,云雷达观测的每一层云的云底和云顶高度与探空观测的云有较好的对应,云雷达有准确探测云的能力。另外,云雷达可以弥补探空由于探空气球水平漂移造成的云垂直结构的细节遗漏。（2）通过对黄土高原积层混合云降水微观特征深入研究,为该地区人工增雨效果评估提供自然降水特征依据和雷达估算降水经验公式。根据2013—2014年5—10月陕西中部的激光雨滴谱仪和天气雷达的观测资料,统计分析了43次积层混合云降水的平均雨滴谱、微物理特征量及雷达反射率因子Z和雨强R的关系。结果表明,积层混合云降水的平均雨滴谱呈单峰型,Gamma分布对降水大粒子的拟合明显优于M-P分布;积层混合云降水中直径小于1 mm的雨滴对雨滴数浓度及雨强贡献最大;利用最小二乘法建立了适用于陕西中部地区积层混合云的Z-R关系Z=168R1.43;当雨滴谱数据计算的回波强度小于（大于）30 d BZ,雷达对回波强度有明显高估（低估）现象,为此提出积层混合云雷达回波的5档修正方案;利用Z=168R1.43估算积层混合云降水个例,发现新建立的Z-R关系估算的降雨量更接近实测值,估算降雨量的相对误差从51.3%减小到25.4%。积层混合云Z-R关系的本地化对于提高陕西中部雷达估算降水准确性非常有必要。（3）2017年3月19日在陕西中北部地区进行飞机增雨作业后出现平行于作业航线的回波增强区域,可能成为播云有效的物理证据。08:00飞机播云区处于高空槽前,播云区地面温度大于0℃,云层为单层云,云顶有逆温层。播撒作业层的平均风速为12.3 m s-1,风向为239°。飞机播撒催化剂时段为10:41—11:14,播撒共持续约34 min,催化线总长为125 km,播撒高度为3200～3975 m,温度为-10.5～-7.5℃。在高度和温度相同的背景云系下,采用动态追踪播撒点雷达回波变化的方式证明飞机播云有效。通过计算播云回波速度发现播云回波的移动速度(8.55 m s-1)不等于播撒层风速。在催化扩散传输模型中应用播云回波速度能准确模拟播云回波的移动;较小的扩散系数对较窄的线状播云回波模拟较好;较大的扩散系数能很好模拟较宽的播云回波的扩展;扩散系数不论大小,都无法模拟播云回波从一个雷达反射率大值区分裂为两个极大值的现象。（4）联合天基和地基探测资料融合分析2017年3月19日飞机作业后的物理响应特征,有助于认识播云后云团如何变化的全过程,为人工增雨提供理论基础。雷达观测到播云效果是在催化剂播撒后18 min;＞15 d BZ的播云回波最宽达19 km;播云回波可持续234 min。播云回波不仅沿风向移动,而且逐渐增宽,增宽速度先快后慢(12:25前后扩展速率分别接近1.4 m s-1和0.3 m s-1);11:44后,播云线在增宽过程中逐渐分裂成具有两个反射率峰值的回波带;晶化粒子从出现到达降落地面需21 min,冰晶的下落速度为1.7 m s-1。TERRA/MODIS和FY-3C/VIRR均在云顶捕捉到云顶出现一条晶化云沟。卫星观测到的播云信号出现时间不晚于播云后的15 min。播云发生在云顶温度低于-15℃的过冷水中;云沟中粒子有效半径范围为20～30μm。催化剂播撒后40 min,淳化站雨滴谱仪探测到播云产生降水。组合反射率＞15 d BZ的播云回波经过淳化和铜川站用时分别为11min和40 min。淳化站播云中的雨滴数浓度,含水量和有效半径迅速增大,远大于播云前。淳化和铜川站获取的雨滴谱图完整地描绘了播云前、中、后的地面降水的雨滴谱变化。播云对淳化和铜川站的地面降水产生了积极影响。根据物理响应特征提出了飞机播云后云和降水演变的概念模型,不仅解释了卫星上播云轨迹内新生成的小粒子水云是由催化后冻结潜热的释放引起的,而且为播云回波增宽后反射率从单峰变为双峰提供了理论依据。该模型的提出有助于对播云后有效性的物理证据的深入理解,对飞机增雨具有理论指导意义,为飞机增雨的物理评估提供科学依据和理论基础。