一种大气细粒子气溶胶光学厚度和地表偏振反射率协同反演方法，具体为：基于大气细粒子气溶胶类型和矢量辐射传输模型建立大气细粒子气溶胶参数查找表；根据卫星载荷观测数据、大气细粒子气溶胶参数查找表以及地表偏振反射率模型，反演得到卫星观测的大气细粒子气溶胶光学厚度和地表偏振反射率；利用站点地面观测数据验证所述反演的大气细粒子气溶胶光学厚度的精度。本发明可以有效地降低大气细粒子AOD反演过程中的误差，提高反演精度，同时获取了地表偏振反射率，为大气质量监测提供精确的专题信息图，为大气环境监测、研究地表偏振特性提供关键技术支撑。