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针对非球形大气粒子物理和光学参数定量卫星遥感反演这个富有挑战性的国际前沿研究问题，本文从多角度偏振遥感探测非球形大气粒子参数的优势出发，研究了非球形大气粒子的散射特性，利用矢量辐射传输方程耦合非球形大气粒子散射特性分析了大气粒子物理光学特性和地表反照率对辐射矢量的敏感性，提出了基于多角度偏振遥感数据同时反演非球形大气粒子粒子形状和光学厚度的反演方案(以卷云中非球形冰晶粒子为例)，并将反演方案应用到多角度偏振遥感数据上，得到以下结果：
1)、采用T-Matrix理论求解了非球形气溶胶粒子的单次散射特性；研究了IHM冰晶模型和过冷水滴冰晶模型的单次散射特性。在此基础上，比较了不同大气粒子形状时散射相函数的分布。建立一套非球形气溶胶粒子和卷云粒子散射特性数据集，可广泛应用于定量遥感大气粒子物理光学参数研究中；
2)、基于逐次散射近似法求解了矢量辐射传输方程，求解过程中耦合典型地表的BRDF模型和BPDF模型。采用相对误差因子定量分析了地表-大气耦合介质系统中的偏振效应对辐射矢量的影响。为进一步研究地表-大气耦合介质系统的偏振特性及地表大气参数的定量遥感反演提供理论支持。为提高矢量辐射传输方程计算强前向散射大气粒子的效率和计算精度，推导了矢量辐射传输中的Delta-M法和Delta-Fit法。
3)、基于矢量辐射传输方程耦合大气粒子散射特性，正向模拟了3类大气粒子的多角度偏振辐射特性：非球形气溶胶粒子、水云粒子和非球形卷云粒子。采用多角度偏振遥感数据验证了正向模拟数据的正确性。分析了总反射率和偏振反射率对3类大气粒子各种物理光学特征和地表反照率的敏感性。提出利用多角度偏振遥感数据同时反演非球形大气粒子光学厚度和粒子形状的算法(非球形卷云粒子为例)。
4)、将上述反演算法应用到多角度偏振遥感数据—POLDER数据，对中国华北地区上空的卷云特征进行个例初步分析；并对结果进行精度定性评价，获得该反演算法精度。