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本文基于矢量辐射传输理论，构建了地气耦合系统矢量辐射传输模拟模型。通过模拟计算分析了短波红外波段的大气与地面目标的偏振特性，尤其是地面的偏振反射特性，从模拟结果中获得了地气耦合系统的解耦合方法。通过建立短波红外波段获取地面偏振反射贡献模型，将短波红外波段获取的地面偏振贡献转换成可见光大气探测波段的地面偏振反射贡献值，区分出大气偏振散射贡献，进行气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)的反演。
利用上述方法，针对法国POLDER/PARASOL探测器数据进行了AOD反演；同时与基于单波段偏振数据的AOD反演结果进行了对比研究，并使用AERONET地基观测反演的AOD进行结果验证。具体包括一下几个方面：
1)完成了地气耦合系统矢量辐射传输正向模拟。以矢量辐射传输方程为基础，将地面的偏振反射贡献耦合进大气散射的矢量传输过程中。模拟了地表与大气的偏振贡献；
2)探讨了短波红外波段地面目标(植被)偏振特性，分析了地面目标的偏振反射特性。建立了短波红外波段地面反射贡献与大气探测波段地面贡献的传递模型。通过传递模型将短波红外波段的地面偏振贡献转换成大气探测波段的偏振贡献，进而区分出大气的散射偏振贡献；
3)研究了基于卫星探测数据的多角度偏振方法反演陆地AOD的方法。比较了偏振探测气溶胶粒子的单次散射和多次散射算法的差异，以及AOD最优模式匹配方法，并用AERONET的地基观测数据对AOD反演结果进行了验证；
4)研究了利用地面模型获取地面反射偏振贡献的单波段气溶反演方法(简称：偏振单波段反演方法)和基于像元级短波红外波段获取地面反射偏振贡献的气溶胶反演方法(简称：像元级短波红外波段反演方法)，从生成的AOD反演结果可以看出，像元级模型反演的精度要优于偏振单波段反演方法。偏振单波段的AOD反演方法受地表类型、目标几何状况的影响较大，反演方法的适用范围受到限制，而像元级短波红外波段的气溶胶反演方法扩展了遥感矢量气溶胶AOD反演方法的的适用范围：消除了地面类型与目标几何结构的影响。5)最后利用AERONET北京站的地基观测数据进行了结果验证；结果表明偏振单波段和像元级短波近红外波段的气溶胶反演方法二者的反演精度同地基观测的反演精度相比，还有一定的差异。但是，像元级短波近红外波段陆地气溶胶反演方法使得利用偏振数据反演气溶胶AOD的精度有所提高。