本发明公开的临近空间大气温湿度廓线二维探测系统，包括：空间外差光谱仪层析成像模块，接收SHS光谱仪的示踪气体的干涉光谱；临边观测几何与视场分层模块，将SHS光谱仪视场内的干涉光谱分成不同高度层的干涉光谱切片；干涉数据光谱复原模块，将不同高度层干涉光谱切片数据转换为对应高度层的辐亮度光谱数据，计算遥感器观测辐亮度Lν；温湿度廓线反演模块，于遥感器观测辐亮度Lν反演空间的温湿度廓线。将临边探测模式和空间外差光谱相结合，基于空间外差光谱技术进行甚高光谱分光成像，采用层析成像探测技术，采集示踪痕量气体的光谱，反演临近空间不同地理位置和高度的大气温度和湿度廓线，给出临近空间温度和湿度的二维分布数据。