弥散介质广泛存在于自然界和工业生产过程中，如风驱海浪破碎在大气-海洋交界面形成的海面泡沫层和近海面海水气泡层、玻璃熔融制作过程中产生的泡沫层、由稠密微纳米颗粒组成的光谱选择性涂层、晶体材料和薄膜等。目前，尽管针对弥散介质辐射传输特性的理论和实验研究已开展较多，但是在很多应用条件下仍然存在一些关键问题有待进一步研究。例如对于大气-海洋辐射传输界面层，在可见光-近红外波段，海水气泡层为由浓密气泡和海水水体组成的多组分、非均匀弥散介质；海面泡沫层为由大尺度双层气泡紧密堆积组成的弱吸收弥散介质；在微波波段，由于泡沫中气泡尺度与微波波长相近以及海水强吸收，非独立散射作用不可忽略，海面泡沫层为由中小尺度双层气泡组成的强吸收稠密弥散介质。　　本文以自然界实际存在的近海面海水气泡层和海面泡沫层组成的弥散介质为研究对象，首先，在可见光-近红外波段对多组分、非均匀弥散介质的辐射传输特性开展理论研究，评估海水气泡层和海面泡沫层对大气-海洋辐射传输过程的影响；其次，以非独立散射作用不可忽略的稠密聚苯乙烯标准微球、微波波段海面泡沫层和稠密微纳米气泡为研究对象，研究多次散射和非独立散射作用对稠密弥散介质辐射传输特性的影响规律，主要工作包括：　　近海面海水气泡层是由浓密的覆盖有机膜气泡、纯海水、有色溶解有机物、浮游植物颗粒和无机粒子等组成的多组分、非均匀弥散介质，浓密气泡的存在会影响水体的辐射传输过程，进而对海色遥感和水下探测等过程造成重要影响。本文首先基于广义Mie理论研究了介质的吸收作用对气泡表观辐射特性的影响。研究发现，随着气泡尺度参数的增大，介质的吸收作用对气泡表观辐射特性的影响逐渐增大；当波长大于2μm时，海水的吸收作用对气泡散射特性的影响不能忽略。此外，建立了一种详细考虑海水气泡层内各组分辐射特性的辐射传输计算模型，研究了不同气泡浓度和入射角下覆盖有机膜气泡和干净气泡的散射作用对不同水体条件下海水气泡层光谱反射率和双向反射分布函数(BRDF)的影响。结果表明，由于覆盖有机膜气泡的强后向散射作用，高风速情况下(U≧14.5 m/s)气泡粒子群对海水气泡层的光谱反射特性具有显著影响。相比不含气泡的清澈海水(Chl=0.01 mg·m-3)，光谱反射率和BRDF·cosθr可增加到原来的11.5和2.27倍。随着海水变得浑浊，气泡散射的影响逐渐减弱。　　海面泡沫层位于大气-海洋交界面，由风驱海浪破碎形成的白冠泡沫和水下气泡上浮至海面形成的泡沫组成。在可见光-近红外波段，将海面泡沫层看作由双层球形气泡组成的紧密堆积大尺度粒子系，建立了由双层球形气泡和粗糙海面组成的海面泡沫层模型。采用适用于大尺度双层球形粒子的Mie 理论计算了海面泡沫层的光谱辐射特性。基于独立散射近似，采用Monte Carlo方法计算了可见光-近红外波段内海面泡沫层的光谱反射率和双向散射分布函数。通过与已有理论模型和实验数据对比验证了模型的准确性和可行性。研究发现，海面泡沫层的存在可以显著提高大气-海水交界面的光谱反射率和双向反射分布函数。由于海面泡沫层的强散射特性，除很薄的泡沫层外，泡沫层下方海水水体散射和粗糙海面对光谱反射率和双向反射分布函数的影响基本可以忽略。随着泡沫层厚度和入射角的增加，海面泡沫层的光谱反射特性逐渐增强，而气泡平均粒径的增加会减弱泡沫层的光谱反射特性。　　对于微波波段内的海面泡沫层，由于气泡尺度与波长相近，紧密堆积气泡间的非独立散射作用显著增强，此时传统基于独立散射近似求解辐射传递方程得到的计算结果将不再可靠。本文分别以聚苯乙烯标准微球、微波波段内海面泡沫层和稠密微纳米气泡为研究对象，基于Percus-Yevick硬球模型表征粒子间的非独立散射作用，研究了非独立散射作用对稠密弥散介质的辐射特性和辐射传输特性的影响。以一定数量随机分布、紧密堆积球形粒子系的Mueller矩阵为研究对象，通过将求解矢量辐射传递方程得到的结果和基于求解 Maxwell 方程组获得的精确解进行对比，研究了Percus-Yevick硬球模型对非独立散射作用的修正效果及该模型的适用情况。研究发现，当粒子尺度参数小于等于6.964，相移小于等于2.72时，Percus-Yevick 硬球模型对非独立散射作用具有较好的修正效果。针对由聚苯乙烯标准微球组成的稠密弥散介质的辐射传输特性开展了理论和实验研究，通过对比双向散射分布函数进一步验证了计算模型的准确性。结果表明，非独立散射作用对于尺度较小的粒子和光学薄介质具有更显著的影响。随着颗粒粒径和粒子系光学厚度的增加，非独立散射作用的影响明显减弱。微波波段内海面泡沫层呈现强吸收和弱散射特性，非独立散射作用使得不同天顶角对应泡沫层的BRDF·cosθr数值明显减小。