在普通海洋条件下，已知雷达系统参数和观测几何，雷达探测的主要是局地风场引起的表面粗糙度，而海面处于一个复杂动态的环境中，破浪碎波、降雨和油污等现象经常在外海和近岸海中出现，这些现象直接或间接的调制了表面粗糙度，雷达海面回波信号中经常包含着这些因素的影响，且一些统计结果表明这些因素的影响不可忽略，而现有的一些海面雷达后向散射模型大多数是针对普通海洋环境的。因此，研究这些海洋现象的成像过程，对于遥感载荷的设计、海洋环境监测和海洋科学研究都具有重要意义;对这些现象的成像过程进行模拟就有助于对海洋现象本身的认识和雷达数据的分析利用。　　本文从雷达电磁波与海面相互作用的原理出发，介绍了复杂海面主动微波遥感的理论、方法及其研究现状，研究了复杂海面因素与海面波相互作用的物理机制，在此基础上建立了一套可调整的模块化的复杂海面因素的微波海面电磁散射模型，分析了波浪破碎、油膜和降雨等常见海洋现象对海洋后向散射特性的影响。本文的主要研究内容为:　　(1)海面雷达后向散射模型　　介绍了描述海面粗糙度的海浪谱模型的发展现状，比较了雷达海面后向散射模型中常用的两种海浪谱，分析了其对雷达散射模型精度的影响。总结了常用雷达海面后向散射模型的优缺点，针对现有模型在HH极化与实测数据差别较大的问题，将海面统一描述为常规海面和一些破碎带，基于最新提出的总曲率扩展散射模型，综合波浪破碎的散射机制，建立了一种适用多种雷达观测系统的海面雷达后向散射模型，通过与C波段Envisat ASAR和Radarsat-1 SAR观测数据对比验证，该模型能够较好的描述雷达海面后向散射系数随入射角、观测方位角和风速变化的特性，特别是在较高风速和较大入射角情况下。　　(2)油膜覆盖海面后向散射特性模拟与分析　　以基于物理背景的波平衡方程推导的海浪谱为基础，论述了海面油膜与海表面波相互作用的物理机制，在普通海浪谱中增加了描述油膜阻尼作用的油膜动力学参数等，建立了一种定量描述油膜覆盖海面雷达后向散射的模型。以2010年墨西哥湾溢油事故的Envisat ASAR观测数据，开展了油膜覆盖海面的后向散射特性分析、模型模拟以及油膜覆盖对海面后向散射影响因素分析，为溢油检测提供了理论依据。　　(3)降雨情况下的海面后向散射特性模拟与分析　　海面降雨改变了海面风波谱与微波后向散射的关系，从而影响了海洋表面的雷达回波信号。本研究基于物理分析，从降雨产生的表面扰动对风波谱的抑制作用和降雨产生的环波谱对表面短波的增强作用分析了降雨冲击海面对海面雷达后向散射的影响，建立了一种定量描述降雨对海面雷达后向散射影响的模型。以2006年和2007年两年中美国东海岸海域包含降雨场景的C波段Radarsat-1 SAR观测数据和与之匹配的TRMM3B42降雨率数据，模拟分析了降雨在海面对雷达后向散射系数的影响，结果表明降雨在海面对C波段雷达后向散射系数影响较为明显。　　(4)极化比模型　　用116对2004-2010年的Envisat ASAR AP模式的双极化观测数据，对本文建立的理论散射模型的极化比、现有的理论和经验极化比模型进行了系统分析，结果发现现有极化比模型与实测数据或多或少的存在一些系统误差，在此基础上通过拟合C波段观测数据，提出了一个新的极化比模型，该模型与C波段实测极化比更吻合，有助于SAR水平极化观测数据的高分辨率风场反演。　　(5)海气边界层雷达后向散射特征模拟与分析　　以美国东海岸湾流海域海气相互作用强烈区域SAR成像特征为案例研究，基于本文建立的可同时考虑多种海水物理参量和海气边界层相互作用参数的物理模型，结合同步浮标现场观测数以及相应的其他卫星观测数据，对来自湾流区域的不同时间的SAR成像呈现的不同特征进行了模拟与分析研究，结果说明海气边界层雷达后向散射特征主要是由于外界条件变化引起的海气边界层稳定性变化和局部风场变化，SAR为近表面环流和锋面监测提供了非常重要的信息。　　本文针对复杂海面环境因素下海面雷达后向散射特性问题，从雷达电磁波与海洋表面相互作用的理论出发分析其内在物理机制，提供了一套研究复杂海面因素影响的海面雷达后向散射系数模拟与分析方案，为高精度海洋物理参数微波遥感反演与应用提供了理论支撑。