太阳光是自然光,光是一种电磁波,电磁波在传输过程中经过大气分子、气溶胶粒子、云等的散射吸收以及下垫面的吸收反射,产生了偏振特性。偏振特性是光的重要特性之一,天空偏振特性的研究在偏振导航、大气遥感探测等许多领域有着极大的作用,是国内外研究的热门课题。为了研究多种因素对天空偏振特性的影响,分析实际大气状况下的天空偏振特性,本文基于矢量辐射传输进行了天空偏振建模,模拟分析了多种因素对天空偏振特性的影响,并测试分析了实际大气条件下的天空偏振特性,为天空偏振特性的实际应用提供了理论支持和实验数据。首先,本文从大气辐射传输理论出发,阐述了大气介质对辐射传输的散射理论,分析了天空偏振特性的产生原因,着重描述了大气矢量辐射传输方程。利用蒙特卡罗原理通过数值模拟解算方程,同时结合大气模式、气溶胶模型、云参数等,介绍了以矢量辐射传输方程为理论基础的天空偏振建模方法。其次,本文利用基于矢量辐射传输方程的天空偏振模型,仿真分析了大气模式、地表反照率、气溶胶模型、水云等对天空偏振特性的影响。结果表明,大气模式对偏振特性没有影响;地表反照率的变化对偏振方位角无影响,偏振度随着地表反照率的增强而下降;偏振度随着不同气溶胶模型所含组分浓度的升高而不断减小,随着气溶胶光学厚度的增大而不断下降,但是气溶胶对偏振方位角基本没有影响;水云很大程度的影响偏振特性的分布,水云会破坏偏振方位角的分布,也会衰减偏振度的数值,随着水云光学厚度的增大,偏振度快速下降。最后,本文利用图像式天空偏振特性测试系统,进行了若干次测试实验,通过数据处理分析研究了气溶胶、云等对天空偏振特性的影响规律。研究结果表明:偏振度以太阳为中心呈环状分布,沿太阳子午线先增大后减小;偏振方位角分布稳定,在太阳子午线上为±90度,这和仿真结果一致。偏振度随PM10和PM2.5的浓度增大而减小,云层也会减弱偏振度并破坏其环状分布。偏振方位角基本不受气溶胶和少量云的影响,但太阳附近的偏振方位角由于过曝光的原因会引起数值界限不清晰。