偏振相函数是气溶胶重要的光学参数之一, 它对气溶胶复折射指数、 粒子尺度和形状都十分敏感。 多角度多光谱偏振遥感可以有效获取气溶胶偏振相函数信息。 新一代CIMEL太阳-天空偏振辐射计CE318-DP作为高精度地基气溶胶偏振遥感仪器已被引入全球气溶胶自动观测网AERONET(AErosol RObotic NETwork), 并作为扩展多波长偏振测量的太阳-天空辐射计观测网SONET(Sun/sky-radiometer Observation NETwork)的主要仪器, 已在不同类型气溶胶观测站点积累了多年的偏振数据。 但目前偏振反演仅能利用线偏振度或偏振辐亮度。 与线偏振度和偏振辐亮度相比, Stokes参数Q和U不仅包含天空光线偏振强度信息还包含偏振方向信息。 利用CE318-DP多光谱多角度测量的天空光Stokes参数Q和U反演气溶胶偏振相函数的方法。 针对CE318-DP标准主平面偏振观测模式PPP(Polarized Principal Plane)下Stokes参数U对气溶胶特性变化不敏感、 信息难以利用的不足, 测试了新的平纬圈偏振扫描模式ALMP(ALMucantar Polarization)获取Stokes参数Q和U, 并成功应用于偏振相函数的反演。 系统分析了340～1 640 nm多光谱通道上典型生物质燃烧型气溶胶和水溶性气溶胶的-P12/P11反演结果并测试了反演方法在晴朗和灰霾不同大气条件下的适用性。 无论在主平面还是平纬圈观测几何下, 反演结果在可见光和近红外通道上均与真实值具有较好的一致性。 进一步讨论了模型中基于气溶胶参数初始值和大气气溶胶参数真实值计算的“大气单次散射/大气散射”的比值近似相等的假设条件在短波通道不能很好地满足是造成紫外波段反演结果偏差较大的原因之一。 后续有待进一步提高反演模型在短波通道的适用性, 为利用不同光谱通道上-P12/P11的变化特征改进气溶胶微物理参数反演奠定了基础。

为了检验星载多角度偏振成像仪(DPC)在自然目标下的偏振和辐射定标精度,设计了测量精度验证试验。在晴朗天气对天空成像,得到了天空的偏振度和辐亮度数据,并将其与同时观测的CE318型太阳-天空偏振辐射计的数据进行了比对。结果显示:三个偏振波段的平均偏振度差异小于0.02,满足DPC偏振测量精度的指标要求,但辐亮度差异较大。修正定标光源与测量目标间光谱非匹配的影响,两台仪器观测波段、观测视场非一致性的影响以及系统偏差后,两台仪器490 nm和670 nm通道的平均辐亮度的差异小于1%,865 nm通道的平均辐亮度差异小于2%,验证了DPC定标数据的有效性和仪器的测量精度。

为了研究气溶胶介质多次散射效应对区域内偏振光传输特性的影响，通过CE318太阳分光计实测数据反演得到了区域内气溶胶微物理光学特性参数(光学厚度、粒子复折射率、粒子谱分布)。利用蒙特卡罗矢量辐射传输模型系统分析了粒子复折射率、粒子群有效半径、入射光偏振状态对传输特性的影响。研究结果表明：较小复折射率实部粒子的传输特性对复折射率实部变化敏感性较强；复折射率虚部是影响辐射传输特性的一个重要因素，虚部越大，吸收性越强，传输特性越差；粒子群有效半径越大，光波透射率就越低，反射率则越高；入射光偏振状态对传输特性的影响较小，相比其他类型的偏振光，水平偏振光的反射率和透射率受入射角的影响较大。

利用2012年9月~2014年8月年合肥市西北郊的CE318型太阳光度计观测资料，分析了合肥地区气溶胶光学厚度(AOD)和Angstrom波长指数(α)的时间变化特征。结果表明，合肥地区AOD全年较高，2012年9月~2013年8月和2013年9月~2014年8月两个时段的年平均值分别为0.60±0.15和0.73±0.23。春季受沙尘天气影响气溶胶波长指数最小，秋季受西北高空气团影响AOD最低。研究了AOD和大气水汽含量之间的关系，结果表明AOD和大气水汽含量呈正相关关系。利用Hysplit风场轨迹模型对各个季节的风场进行了研究，合肥春季主要受西北气流(约42%)影响，夏季风场主要受偏南风场(约50%)影响，秋季受北风风场(约39%)影响较大，冬季受西北高空气团影响较大。CE318和MODIS对比结果表明，两者具有较好的一致性，相关系数在0.7以上。

视场角(field of view, FOV)是太阳辐射计的基础参数,也是太阳辐射计传递定标方法和室内积分球光源对比定标方法的关键参数,获取高精度的FOV是提高 此类定标方法精度的重要手段。基于矩阵扫描测量方法,针对CE318型太阳辐射计,研制了激光光源测量FOV系统,并将测量结果与传递定标法进行 了对比验证。结果表明:基于激光光源的矩阵扫描测量效果最好,不确定度为0.4%～1.1%;而基于太阳光源矩阵扫描测量受太阳运动的影响,因 此有一定的发散角,导致测量结果比激光光源测量结果小约1.3%～1.4%。此外,在太阳辐射计历史定标系数较多时,激光光源测量结果与传递定 标法计算的FOV结果一致性较好,说明传递定标法在历史数据多时也可以得到较精确的FOV结果。

1999年,敦煌遥感卫星辐射校正场开始业务化运行。随着敦煌的城市建设和经济发展,辐射校正场周 边环境发生较大的变化。为了了解辐射场的气溶胶光学厚度变化情况,2013年6月至7月,中国资源卫 星应用中心在敦煌地区进行了为期15天的野外观测实验,采用法国CMEL公司研制的太阳分光光度 计CE318对敦煌地区的大气进行测量,获得了4天晴空的大气光学数据。反演结果表明敦煌遥感卫 星辐射校正场的气溶胶光学厚度日变化和逐日变化情况不大, 550 nm处的光学厚度均值在0.3左右,符合遥感卫星辐射定标大气条件。

太阳光度计是地面气溶胶测量的主要仪器,其定标精度决定了气溶胶反演结果的精度。因业务观测有在本地进行定标的需求，为此分析了其直射通道室外定标的特点与技术要求。对同一台观测的太阳直射光多波段数据，应用迭代Langley法,用新仪器作参考进行比对观测,即标准传递法，分别进行定标，并与出厂时的定标系数比较，分析了变化原因。随后引入了一种新的定标方法校正因子法,可扩大用作参考的标准仪器的范围。比较结果表明，定标误差在可接受范围之内。室外定标研究，可为光度计的使用管理，数据的处理提供有力的技术支持和有益的参考，以满足实际业务应用的需求。

以太湖为研究区，通过水面光谱实验采集，地基太阳光度计大气测量，和当天的MODIS遥感影像，联合遥感太湖地区的大气光学特性，提出了一种实验确定气溶胶类型的方法。通过与卫星影像准同步的地面光谱和太阳光度计试验，利用辐射传输模式6S，变化气溶胶类型各组分，建立关于星上辐射的查找表，并利用定义的相对误差参量，在其总误差最小时确定气溶胶类型。将其用于改进后的Mie散射程序来计算大气气溶胶粒子群包括偏振散射相函数等的光学特性，并用于太湖地区大气气溶胶光学厚度的反演中，所得结果参考CE318实测值，反演精度有了较大的提高。该研究方法与结果可为大气气溶胶光学特性计算，大气辐射传输方程，气溶胶光学厚度反演，卫星数据大气校正等遥感应用提供支持。