气溶胶光学特性参数由粒子微物理特性和化学组成决定，直接体现了气溶胶对电磁辐射吸收和散射的影响，对研究地-气系统的辐射收支、能量平衡和气候变化至关重要。散射相矩阵可以完整描述粒子的散射特性，它是气溶胶重要的光学参数之一。多角度多光谱偏振遥感可以有效获取气溶胶散射相矩阵信息。新一代CIMEL太阳-天空偏振辐射计CE318-DP作为高精度地基气溶胶偏振遥感仪器已被引入全球气溶胶自动观测网AERONET，并作为我国自主建立的扩展多波长偏振测量的太阳-天空辐射计观测网SONET的主要仪器，在十几个典型站点开展气溶胶特性的长期观测。虽然已积累了多年的偏振数据，但偏振反演目前仍仅能利用线偏振度或偏振辐亮度。Stokes参数Q和U不仅包含天空光线偏振强度信息还包含偏振方向信息，对气溶胶粒子形状等微观特性更敏感。本研究扩展利用CE318-DP平纬圈和主平面多角度多光谱偏振测量获取的天空光Stokes参数I、Q、U来反演气溶胶粒子散射相矩阵元素P11和-P12/P11。　　辐射传输模拟结果显示，散射矩阵元素对气溶胶粒子有效半径、粗/细模态粒子的复折射指数实部、粗模态气溶胶粒子复折射指数虚部、椭球粒子/圆柱形粒子/Chebyshev粒子形状参数的变化都比较敏感。同时，不同气溶胶粒子有效半径、椭球粒子形状参数、复折射指数实部以及吸收性具有明显差异的粒子复折射指数虚部对CE318-DP主平面和平纬圈观测几何下测量的Q和U也有显著影响。因此，利用Stokes参数反演气溶胶粒子散射矩阵元素具有可行性。　　利用模拟的天空光Stokes参数，反演了不同太阳天顶角、不同气溶胶光学厚度和不同迭代次数情况下的气溶胶散射相矩阵元素。结果显示，无论是主平面还是平纬圈观测几何下，在675～1640nm通道上，P11和-P12/P11的反演结果均与真实值有很好的一致性;在可见光波段440和500nm通道上，散射角较小时误差也较小，而散射角大于90°后，反演结果与真实值差异较大;紫外波段(340和380nm)的反演结果明显偏离真实值。对于平纬圈观测，较大的太阳天顶角测量可以显著改善-P12/P11在大散射角上的反演效果。气溶胶光学厚度的变化对反演结果并未产生显著影响，反演模型在低AOD条件下的适用性仍很好。此外，5次循环迭代已能够满足反演的要求，再加密单次散射反照率的初始值增加迭代次数，并不能显著提高反演结果的精度但会造成计算量的增加。　　最后，反演了生物质燃烧型气溶胶、水溶性气溶胶、沙尘气溶胶和海盐气溶胶四种典型类型气溶胶粒子的散射相矩阵元素，并利用北京RADI站点的实际观测，对比分析了晴朗和灰霾典型大气条件下气溶胶散射相矩阵元素的反演结果。在两种典型观测案例中，CE318-DP主平面和平纬圈的反演结果均具有较好的一致性，得到的散射相矩阵元素能反映出不同气溶胶影响下的变化特征。　　本研究的创新点主要包括发展了利用天空光Stokes参数Q和U反演气溶胶散射相矩阵元素的方法;测试了CE318-DP新的平纬圈偏振扫描模式并成功应用于散射相矩阵元素的反演，不仅增加了天空光偏振测量获取Stokes参数U的信息，还能使太阳天顶角较大情况下能够获得更好的反演结果;在原来仅有870nm单通道的偏振反演基础上，系统分析了从紫外到近红外多个光谱-P12/P11的反演结果并讨论了反演模型在波长较短的情况下适用性不好的原因。本研究为后续利用不同光谱通道上海盐气溶胶-P12/P11的变化特征与沙尘气溶胶的差异，来解决气溶胶成分遥感反演中区分沙尘与海盐两种粗粒子的难题积累了研究基础。