1、散射的基本理论散射的基本理论散射的基本理论散射的基本理论 11、散射、散射、散射、散射 散射是指当电磁波通过某些介质，由于这些介质的折射率有非均一结构非均一结构非均一结构非均一结构，引起入射波波阵面的扰动，其结果就造成入射波中一部分能量偏离原传播方向而以一定规律向其它方向发射的过程。例如空气中悬浮着一个小水滴，由于水的折射率和周围空气的折射率不同，波阵面通过水滴所在空间时发生畸变，引起一部分能量以球面波的形式向各方向发射。这个波就是散射波，而这个水滴就成为散射中心或散射源。大气中各种粒子都可以成为散射中心。大气的散射可依据散射性质分为三种不同类型的散射。首先定义尺度数x=2r/，当 x 0.1
2、 时，则为 MieMie散射散射散射散射，当 x 50 时，几何光学的范畴几何光学的范畴几何光学的范畴几何光学的范畴，同一粒子对不同波长而言其尺度数也不同故也要用不同的散射理论来处理。粒子散射和吸收的关系粒子散射和吸收的关系粒子散射和吸收的关系粒子散射和吸收的关系 粒子将光散射的结果，使入射光在其前进方向上能量减少。在发生散射的同时，入射光能量往往还一部分进入粒子内部，转化为热或其它形式的能量。这一过程称为吸收。虽然散射和吸收都使入射光在前进方向上的能量减少，但这两种过程是有差别的。散射可以用光的波动理论来解释，因为它不涉及分子内部能量状态的改变，而吸收需要用量子理论才能正确解释。为了定量地描
3、述散射过程，首先要确定散射过程的几何关系，然后再规定一系列有关参数。看下图，设在O点放置一个散射粒子沿z轴方向入射一束单色平面偏振光。设入射光的电矢量沿x轴方向振动。在D点放置一个探测器，用以测量散射光的强度，OD之间的距离R要比粒子的尺度大很多，这样散射源可以看作是一个点源，z轴(入射光方向)和OD方向构成一个平面，称为散射平面散射平面散射平面散射平面，在这个平面中，OD方向可以由角度决定，称为散射角，它从入射光的前进方向算起，可以从00变到3600。但由于对称性，常常只要00一1800的资料就可以了。散射平面和x轴的夹角称为方位角22、瑞利散射、瑞利散射、瑞利散射、瑞利散射33、大气气溶胶
4、粒子的散射和吸收、大气气溶胶粒子的散射和吸收、大气气溶胶粒子的散射和吸收、大气气溶胶粒子的散射和吸收(Mie(Mie散射散射散射散射)4 实际大气中的散射5 散射参量的测量第十七章第十七章第十七章第十七章 大气层的光学现象大气层的光学现象大气层的光学现象大气层的光学现象17.1 17.1 辐射传输方程辐射传输方程辐射传输方程辐射传输方程17.2 17.2 天空亮度和色彩分布天空亮度和色彩分布天空亮度和色彩分布天空亮度和色彩分布17.3 17.3 曙暮光曙暮光曙暮光曙暮光17.4 17.4 能见度问题能见度问题能见度问题能见度问题17.5 17.5 云雾光学问题云雾光学问题云雾光学问题云雾光学问
5、题17.5.1 17.5.1 云雾的含水量和消光系数的关系云雾的含水量和消光系数的关系云雾的含水量和消光系数的关系云雾的含水量和消光系数的关系17.5.2 17.5.2 云雾的散射系数和消光系数云雾的散射系数和消光系数云雾的散射系数和消光系数云雾的散射系数和消光系数17.5.3 17.5.3 华的现象华的现象华的现象华的现象17.5.4 17.5.4 虹和霓虹和霓虹和霓虹和霓17.5.5 17.5.5 晕晕晕晕第十八章光线在大气中的折射第十八章光线在大气中的折射第十八章光线在大气中的折射第十八章光线在大气中的折射18.1 18.1 18.1 18.1 大气的折射率大气的折射率大气的折射率大气的折射率18.2 射线在大气中的折射18.318.3大气折射率对测量的影响大气折射率对测量的影响大气折射率对测量的影响大气折射率对测量的影响18.4 18.4 天文折射和地文折射天文折射和地文折射天文折射和地文折射天文折射和地文折射
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