蕴藏着丰富化石能源和生物资源的海洋是我国经济安全、能源安全以及领土安全等方面的重要保障。在开发和保护海洋的过程中,粗糙海面辐射特性作为大气-海洋辐射传输过程研究的重要环节,进一步深化其光谱反射特性以及近海面处海雾粒子系辐射传输特性等关键问题的研究对环境监测、目标识别和信息通讯等军用、民用活动的开展具有重要的意义。本文以粗糙海面、二维高斯随机粗糙面以及海雾-粗糙海面耦合层为研究对象,基于热辐射传输理论和电磁散射理论,采用蒙特卡洛法对可见光-红外波段以及微波波段的粗糙海面反射特性、海雾-粗糙海面耦合层辐射传输特性等开展了理论研究。同时,基于矢量辐射传输理论和偏振成像基本原理,研究了海雾能见度、海雾层厚度等因素对目标偏振成像的影响规律,主要工作包括:（1）基于Elfouhaily海谱模型,采用线性过滤法生成了不同风速、风向条件下的二维粗糙海面模型。以Cox-Munk粗糙海面斜率分布模型为理论基础,采用蒙特卡洛法对可见光-红外波段与微波波段范围内粗糙海面光谱反射率、双向反射分布函数等反射特性开展了理论研究,并以Elfouhaily谱海面模型为基础,探究了风速、入射角等因素对其雷达散射截面积的影响。研究发现,当入射角在0°-60°范围内变化时,粗糙海面光谱反射率变化趋势在可见光-红外波段与微波波段具有显著的差异。此外,入射角、风速的变化对粗糙海面双向反射分布函数、雷达散射截面积等也具有显著的影响。（2）基于二维高斯随机粗糙面模型,结合多类常见海面浮油,系统分析入射角、均方根斜率等对粗糙面半球反射率的影响,为海面浮油监测等涉及随机粗糙面反射特性问题的工程应用提供理论参考。研究结果表明,均方根斜率的变化会导致入射光反射次数、第一反射点遮挡率等发生变化,进而影响粗糙面半球反射率。此外,垂直入射和斜入射情况所对应的反射率随着均方根斜率的变化趋势具有较大的差异。（3）结合Cox-Munk粗糙海面斜率分布模型与Khragian-Mazin雾滴粒子尺寸分布模型建立海雾-粗糙海面耦合计算模型。基于Mie散射理论,研究了可见光-红外波段与微波波段海雾粒子系的光谱辐射特性,并采用蒙特卡洛法评估了近海面海雾粒子的衰减作用对海雾-粗糙海面耦合层的光谱辐射传输特性的影响。研究发现,不同能见度下海雾粒子系的光谱辐射特性呈现较为复杂的变化,近海面海雾粒子间的多次散射作用会显著影响海雾-粗糙海面耦合层的光谱反射特性。（4）基于矢量辐射传输理论和偏振成像基本原理,结合Khragian-Mazin雾滴粒子尺寸分布模型,开展了海雾环境下目标偏振成像研究。结果表明,在不同能见度的海雾环境下,目标的Q分量成像结果单元辐射强度数值上虽然较低于I分量,但是,Q分量成像结果的目标背景度却远大于I分量,偏振信息的加入能够有效增强海雾环境下探测目标的识别能力。