太阳光通过大气层时会与大气粒子间发生相互作用从而产生偏振光。天空中各种不同属性的偏振光叠加，便形成了包含大气信息参数在内的各种信息的偏振模式分布，这种偏振信息分布模式与太阳位置、大气粒子特性以及天气条件等因素密切相关。本文主要是通过对大气偏振特性机理的研究，在蒙特卡洛随即理论的基础上仿真其分布特性，并与相应的实验结果进行对比分析，为相关的应用研究提供理论基础。　　 本文的主要内容包括如下几个方面：　　 （1）分析了光的本质及其偏振特性的数学原理，总结了大气的光学特性，并分析了瑞利散射和米式散射的基本原理与各自特点。　　 （2）在蒙特卡洛随机理论的基础上，根据实际环境参数，仿真全天域散射光线的偏振特性分布，并将其与单次瑞利散射模型进行比较分析。　　 （3）应用实验室已有的大气偏振成像探测系统检测出天空中散射光的偏振特性分布，并将实际检测结果与理论仿真模型进行对比分析。