风云气象卫星是目前我国在轨业务运行的卫星数量最多，历史最长，遥感器种类最丰富的民用遥感卫星序列，不仅它的实时数据可以提供天气预报、环境灾害监测和遥感图像实时服务外，而且它的长序列历史数据还可发挥其在气候变化研究中的应用。本论文着眼于风云卫星长序列历史卫星数据再定标的气候应用需求，借鉴国际上历史数据再定标成熟和最新方法，对国产风云卫星多遥感器定标现状的分析，提出长序列历史数据再定标关键核心问题，形成我们的历史数据再定标的方法体系。本研究不再局限于某一个次或者某个时段的辐射定标精度和偏差，而是定位于遥感器长期的定标衰变规律和变化机理研究。　　 针对传统场地定标依赖野外同步观测试验的低频次局限（1～2次/年），本研究开拓基于部分现场测量的准同步场地定标方法，采用敦煌场地反射率长期稳定特点，基于多年测量获得地表反射率BRDF模型，只进行大气参数的现场测量，在保持原有定标精度的前提下提高场地定标频次。本研究还采用晴空天气的MODIS观测和风云卫星(FY-1/FY-3)观测数据，利用自主观测建立的地表BRDF模型和大气订正算法，开展基于敦煌场地的长期交叉定标，生成长序列场地交叉定标结果。准同步场地定标和交叉定标至少能实现每月一次的定标频次，但是在太阳天顶角大和春节沙尘季节，定标精度和有效性得不到有效保障。　　 本研究充分利用风云三号全球观测优势，并考虑场地的均匀性和数据的可获取性，选择了敦煌、利比亚1、利比亚4、阿拉伯2和拉奈岛浮标共5个目标场地，利用不同亮度的场地尽量覆盖仪器动态范围的高低端，通过多个场地的综合分析使用，降低单一场地定标的随机误差。集中多场地及多天（10天）观测数据，实现多场地观测条件和天气条件的优势互补，建立全球多场地定标方法，实现太阳反射通道的高频次（10天一次）辐射定标，定标精度保持在5％左右，从而降低对传统单一场地定标的不确定性风险，减少试验成本和天气依赖（太阳天项角大和云沙尘影响）。全球多场地定标保证了风云三号卫星定标的连续性，为仪器辐射响应的季节性波动提供了宝贵的定标趋势分析数据。　　 地球稳定目标（沙漠/冰雪/洁净海洋/盐湖）是监测在轨仪器稳定性的天然靶场，本研究首先选取全球42个沙漠、戈壁、盐碱地目标，提取2002～2009年MODIS的MCD43（地表反射率BRDF）产品中对应位置处的数据，从目标的反照率、均匀性、稳定性、太阳高度影响程度、降雪天数、可获取的有效数据天数等方面对目标进行加权评价，以确定适合进行遥感器性能衰减跟踪的全球太阳通道均匀目标，对全球多个稳定场进行稳定性和朗伯特性评价。针对稳定目标的大气外界(TOA)辐射模拟，并通过建立稳定目标的表观反射率模型，进行模型模拟和卫星观测的比较，生成多个稳定沙漠、冰雪目标的仪器响应衰变跟踪模型，推算仪器长期相对衰变规律。并利用风云三号卫星对赤道低纬度区域的完整覆盖，开展移动稳定目标DCC开展遥感器衰变规律建模，DCC定标跟踪获取非常稳定的结果，特别是大大提高了三个水汽吸收的定标跟踪精度。　　 本论文系统分析FY-1C/1D、FY-3A/MERSI和FY-2E仪器多个温度体征状态参数的长期变化规律，总结仪器运行的轨道周期，日变化周期，季节周期和年际周期变化规律，甄别仪器短期季节性波动导致的仪器响应短期震荡，滤除季节性波动后获取仪器长期衰变规律，综合上述多种定标方法得到的定标系数长期变化特征，进行仪器响应变化和仪器状态参数变化的关联分析，建立仪器长期衰变和短期波动的机理性模型。通过研究发现MERSI太阳反射通道定标系数除了长期衰变规律外，还随着仪器温度季节性变化的导致波动特征。仪器不同通道表现不同的衰变特征和衰变速率，短波通道(＜600nm)衰减较大，412nm通道累计衰减超过30％，近红外和短波红外通道衰减不明显。遥感器在轨运行的不同年季具有不同衰减速率，仪器在轨运行初期衰减较快，后期响应衰减出现明显减缓特征。仪器的长期衰减和短期波动存在不同的背后机理。　　 本论文最后研究了风云遥感器在轨的辐射基准传递问题，基于国际公认较高精度的高光谱仪器（AIRS、IASI）和成像仪器(MODIS)，保持风云卫星多遥感器的辐射基准一致性和可溯源性。采用SNO观测或同时具有相近观测几何的两个遥感器数据（辐射基准传递的前提条件），采用国际GSICS的红外通道GEO-LEO方法，实现象元视场、时空和通道光谱匹配，对部分波长上缺失的辐射观测进行光谱补偿，完成风云卫星遥感器从国际基准的在轨辐射传递。通过FY-2C/2D/2E长时间序列的高光谱仪器交叉定标，深入分析仪器定标系数的变化规律和偏差分布特征，发现FY-2仪器业务定标存在较大的定标偏差，而且偏差的季节性波动较大。FY-2卫星基于AIRS和IASI两个高光谱交叉定标结果进行双差(DDT)分析，一致性较好，定标精度达到0.2k，采用GSICS结果进行定标订正后，大大提高了业务定标的精度。另外通过长序列多个时次双差定标分析发现，FY-2在地影期定标日变化波动较大，其余时段日变化较小。通过对比分析发现FY-2E对仪器杂散光控制有很大改善，从而使得低温段目标定标精度提高。结合遥感器各部件温度、黑体温度和计数值等遥测数据的关系建模，探求风云二号扫描辐射计定标变化趋势和定标偏差波动的根源问题。本论文还利用AIRS高光谱遥感器对历史的FY-1C/1D数据进行交叉定标比对和再定标分析，发现FY-1C/1D红外通道4和5存在系统性偏差，而且基本长期稳定。类似方法检验分析了FY-3/MERSI/VIRR/IRAS三个光学仪器的红外通道定标的系统偏差。研究表明基于同一个高光谱仪器进行定标基准传递，订正业务定标中的系统性偏差，不仅实现基准的一致性和可溯源性，而且还能减少风云卫星遥感器季节性随机定标偏差，为定标偏差订正和偏差根源消除提供帮助。　　 本论文综合运用多种定标方法和在轨基准传递及交叉比对，对FY-1/2/3序列卫星多个遥感器MVISR、MERSI和VISSR进行历史数据再定标方法试验，开展再定标前后的对比分析，综合评价再定标后的数据精度改进效果，这不仅对长时间序列数据再定标提供理论和技术支撑，也逐步形成了风云卫星多遥感器的一体化定标的方法体系。