未入射到地球表面的太阳光是不存在偏振的自然光。当自然光进入大气层,经过大气层的微粒散射后,偏振特性发生改变。该偏振特性包含有丰富的偏振信息,且在短时间内形成相对稳定的大气偏振模式。大气偏振模式的研究对偏振光学和大气光学的丰富和发展具有重要的理论意义,同时,也可辅助应用于大气环境探测、导航定位中,具有现实的探索意义。本文主要研究理想大气偏振模式的形成机理,以及实际大气偏振模式的影响因素,其工作如下:(1)采用电场强度矢量描述光束,研究瑞利散射、米氏散射微观电场矢量改变,并获得散射光偏振方向和偏振度,为理想条件下全天域大气偏振模式提供微观理论基础。(2)通过将理想坐标系旋转到东北天坐标系,将单次散射过程应用到全天域下,建立理想条件下大气偏振模式模型,并获得理想条件下全天域天球面上任意点的偏振度和偏振方向。(3)区分理想条件下的大气偏振模式时空影响因素。建立时间和太阳位置之间关系,分析太阳位置对大气偏振模式的影响,在空间因素中利用费涅耳反射定律对地表反射建模,分析反射光的偏振特性,并叠加到天球表面获取最终叠加后的大气偏振模式。通过用蒙特卡洛方法模拟光子在云层内部的多次散射过程,统计大量光子偏振变化统计规律,得出云层散射光传输特性。(4)在数学模型基础上通过利用图形工作软件,对单粒子散射、大气偏振模式、以及地表因素影响下的大气偏振模式和云层散射仿真并分析实验正确性。