本发明提供了一种基于暗像元假定的多角度偏振水色卫星大气校正方法，包括：基于获取的观测参数构建前向辐射传输模型；在设置的先验条件约束下，基于前向辐射传输模型对卫星数据进行非线性优化；基于优化结果得到反演参数；基于反演参数拟合得到气溶胶参数，并基于反演参数在大气漫射透过率查找表中进行查表得到海面处的离水辐射及其Stokes分量；基于气溶胶参数、海面处的离水辐射及其Stokes分量校正卫星大气。达到同时获得气溶胶参数以及矢量离水辐射信号中偏振分量值的目的。