三维云辐射效应在全球气候和遥感反演中起着非常重要的作用，但是唯一能模拟该效应的三维云大气辐射传输模型本质上是一个五维微分积分方程的求解问题，是当前国际上研究的难点问题。目前普遍采用有效可行的蒙特卡罗方法求解三维云大气辐亮度分布，但是在实际应用中依然存在一些不足：描述三维云大气和二维地表时存在各种近似假设；由辐射传输方程构建的随机模拟过程在准确快速模拟辐亮度时存在巨大的挑战。本文力求建立一种通用蒙特卡罗三维云大气辐射传输模型(MCRT)，求解各种真实而复杂的大气和地表条件下的辐射场分布。论文的主要研究结果如下：　　 1.由积分辐射传输方程构建了前向和后向蒙特卡罗马尔可夫随机链的详细模拟步骤以及局部估计辐亮度贡献的方法，并通过与I3RC国际对比试验结果进行比对，成功验证了MCRT的准确性和可行性。另外在刻画三维云大气时，提出一种非均匀离散区间相函数的方法，可以在不增加内存的前提下提高散射相函数精度，为MCRT提供了更准确的输入条件。　　 2.为真实考虑海表下垫面的影响，本文提出一种改进的筛选方法，模拟各向同性和各项异性的粗糙海表反射事件，建立了云大气-海表耦合系统的蒙特卡罗辐射传输模型。数值试验表明该模型MCR工具有明显的优点：相对于MCARaTS，改进的筛选方法可以在更短的时间内模拟更为准确的海表反射方向；同时由于SHDOM占用巨额内存，MCRT比SHDOM更适合在小型机上模拟海表上的高精度辐亮度分布。　　 3.对积分辐射传输方法进行推导，重点提出两种逐阶变换方法用于提高云大气辐亮度的收敛速度，其核心思想均是逐阶改变介质的光学性质。第一种方法是自适应地逐阶增加散射相函数的前向衍射峰的截断比重，将前向衍射峰的截断相函数近似为二次函数，并提出单参数方法确定各种相函数的截断比重。第二种方法是自适应地逐阶增加光学薄区的消光系数，提高碰撞概率。数值试验表明这两种方法可以明显提高数值效率，非常适合模拟部分有云且区域平均光学厚度非常大的天项辐亮度分布。