对偏振光在火星沙尘中的传输特性进行了研究,首先分析了火星沙尘粒子散射系数、吸收系数和不对称因子随粒径尺寸的变化关系,然后利用偏振蒙特卡罗方法模拟了偏振光在火星大气中的多重散射,计算并分析了波长、粒径分布、风速、高度、粒子数浓度对偏振光传输特性的影响。研究结果表明:偏振光退偏度随着传输距离的增大而增大,粒子数浓度越大,偏振度退化越严重。当波长为0。55 μm时,对于所选用的两组粒径分布,有效粒径小时反而退偏严重, 15。3 m/s和1。7 m/s风速对应的退偏度相差将近两个数量级,在所选的6个波长中7。46 μm激光在火星沙尘中传输时偏振保持性最好,而波长0。66 μm激光在火星沙尘中传输时透射性是最好的。

根据Mie散射理论，以对数正态分布函数描述沙尘气溶胶粒子群的粒径尺度分布，计算了沙尘气溶胶粒子群在0.2~40 μm波段间对太阳短波辐射和地球大气长波辐射的单次散射反照率、散射相矩阵函数，揭示了不同相对湿度时，沙尘粒子群对入射辐射的散射和偏振的特征。结果表明，沙尘粒子群的单次散射反照率随着入射波长的增加有较大起伏，不同相对湿度条件下，变化趋势基本一致；在可见光、近红外波段单次散射反照率随湿度增加而变大，湿度95%时非常接近于1；大于10 μm的热红外波段单次散射反照率随相对湿度增加而减小，具有较强的吸收辐射能力。散射辐射强度受湿度影响较小，随散射角的增加呈现先减小后增大的趋势，且增大的趋势随着波长的增加而减弱；不同波段上，线偏振和圆偏振随散射角和相对湿度变化存在差异；在前向和后向仅对入射辐射为圆偏振辐射产生圆偏振散射；散射光的偏振特性及其湿度差异主要表现在后向散射区，多以拱形形式体现。拱顶峰值散射角位置存在差异，且峰值散射角随相对湿度的降低向后向漂移。

在IDL程序语言中实现Mie理论的数值算法，利用HITRAN资料提供的气溶胶粒子复折射指数，计算分析了沙尘、黑炭2种气溶胶粒子在不同半径(1μm，2.5μm和10μm)时，对波长为400nm和860nm光的散射效率以及散射相函数矩阵元素。结果表明：黑炭与沙尘有明显的光学性质差别，沙尘粒子不仅散射效率大于黑碳，而且后向散射比黑碳粒子强。 2种粒子对400 nm和860 nm太阳光的偏振也不同，可以利用此特性鉴别这2种气溶胶。

本文利用邱金桓提出的根据总直接太阳辐射反演0.75微米的气溶胶光学厚度的方法,以2002年3月20日至3月22日发生在我国的沙尘天气为例,使用中国气象局国家卫星气象中心提供的总直接太阳辐射观测资料,以三个观测站点:阿克苏、吐鲁番和福山为例,反演沙尘粒子光学厚度的日变化,并进行了对比检验.结果表明同一地点一天中早晚沙尘粒子光学厚度较小,中午较大;不同地点的沙尘粒子光学厚度随着该地点离沙尘源头的远近而不同,当距离越近时,沙尘粒子光学厚度的值也就越大,反之则越小,这与沙尘粒子迁移性的特点相适应.