电磁波经大气分子的散射

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「遥感复习题参考答案」

一名词解释(２分×1０)1电磁波谱：把电磁波按其在真空中传播的波长或频率以递增或递减的顺序排列所得图谱2主动遥感:运用人工产生的特定电磁波照射地物,再根据接收到的从目标物反射回来的电磁波特征来分析目标物的性质、特征和状态的遥感技术3 被动遥感：运用遥感器接收来自目标物的反射和辐射电磁波谱,并根据其特征对目标物探测的遥感技术4紫外遥感:按传感器的探测波段的不同，可以把遥感分为紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感。

其中,探测波段在0.０５——0.３8微米之间的遥感称为紫外遥感5可见光遥感：可见光遥感是指传感器工作波段限于可见光波段范围（０.38——0．76微米）之间的遥感技术6红外遥感: 红外遥感是指传感器工作波段限于红外波段范围(0.76——１0０0微米）之内的遥感7微波遥感:是传感器的工作波长在微波波谱区（1－１0００ｍm)的遥感技术,是利用某种传感器接受各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物,提取所需地物信息的技术8镜面反射:光滑平面的反射波有确定方向，满足反射定律:反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角这种反射称为镜面反射9漫反射：粗糙的表面会把光线向着四面八方反射，这种反射就是漫反射,当表面粗糙度h与入射电磁波波长λ同数量级时尤为明显10混合反射:表面粗糙度ｈ中等（相对λ而言）的实际地物表面由于地形起伏,在某个方向上反射最强烈，这种现象称为混合反射，是镜面反射和漫反射的结合1１瑞利散射：q < 1,当粒子的直径小于波长1/10或更小时发生的散射即r<<λ，∝1／λ4,主要由大气分子引起,对可见光影响较大。

散射系数kr1２米氏散射：q=3,当粒子的直径大于波长1/1０到与波长相当时发生的散射,散射系数k∝1/ λ0～λ1，主要由大气中的烟尘、气溶胶等引起，主要为向前散m射。

13非选择性散射:q>3,当粒子的直径大于波长时发生的散射,r>>λ,散射强度与波长无关。

大气对电磁波散射的作用

大气对电磁波散射的作用
1. 大气对电磁波的吸收，大气中的分子、气体和颗粒可以吸收
电磁波的能量。

不同波长的电磁波在大气中的吸收程度不同。

例如，紫外线和部分红外线被臭氧层吸收，而短波长的可见光被大气中的
气体和颗粒散射和吸收。

2. 大气对电磁波的散射，大气中的分子和颗粒对电磁波起到散
射作用。

当电磁波遇到大气中的分子和颗粒时，会发生散射现象，
使得电磁波改变传播方向。

散射会导致电磁波在大气中传播的路径
变化，并且会使得远离发射源的地方也能接收到电磁波。

3. 大气对电磁波的折射，当电磁波从一种介质传播到另一种介
质时，会发生折射现象。

大气中的折射现象会导致电磁波的传播速
度和传播方向发生变化。

例如，当太阳光穿过大气层时，会发生折
射现象使得太阳看起来不在天空中的真实位置。

4. 大气对电磁波的衰减，大气中的吸收和散射会导致电磁波的
能量逐渐减弱，即衰减。

不同波长的电磁波在大气中的衰减程度不同。

例如，紫外线和部分红外线被大气吸收后能量减弱，而长波长
的无线电波在大气中衰减较小。

5. 大气对电磁波的干扰，大气中的天气条件和大气层结构的变化会对电磁波的传播产生干扰。

例如，大气中的湿度、温度、气压和风速等因素会影响电磁波的传播速度和路径，导致信号衰减、多径传播等现象。

总结起来，大气对电磁波散射的作用是多方面的，包括吸收、散射、折射、衰减和干扰等。

这些作用影响着电磁波在大气中的传播和接收质量，对于无线通信、天文观测、气象预报等领域都具有重要意义。

电磁波的传播

电磁波的传播电磁波是一种无形的能量，可以在真空中以及各种介质中传播。

它们由电场和磁场的相互作用所产生，如同水波一样传递能量。

电磁波在我们的日常生活中起着重要的作用，例如无线通信、广播电视以及雷达等。

本文将详细探讨电磁波的传播过程。

一、电磁波的基本特性电磁波由特定频率的电场和磁场组成，并以光速传播。

根据电磁波的频率，可以将其分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。

不同类型的电磁波具有不同的特性和应用。

二、电磁波的传播方式电磁波的传播是通过电场和磁场之间的相互作用实现的。

当电场或磁场发生变化时，就会产生电磁波并向周围介质传播。

换句话说，电场的变化会导致磁场的变化，而磁场的变化又会导致电场的变化，两者相互作用形成一个闭合的循环，这一过程被称为电磁波的传播。

三、电磁波在真空中的传播在真空中，电磁波的传播速度为光速，即约为每秒300,000公里。

这种传播速度是宇宙中的极限速度，无法超过或突破。

电磁波在真空中的传播过程中，不需要任何介质来支撑或传导，可以自由地在空间中传播。

四、电磁波在介质中的传播除了真空中的传播，电磁波还可以在各种介质中传播，包括固体、液体和气体。

在介质中传播时，电磁波会与介质中的原子和分子相互作用，导致能量的传递和散射。

不同介质对电磁波的传播会产生不同的影响，如折射、反射、散射等。

五、电磁波的折射和反射当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。

折射是由于介质的密度和折射率不同而导致的，使得电磁波的传播方向发生改变。

折射现象在光学中应用广泛，例如透镜和棱镜的工作原理都基于折射现象。

另外，当电磁波遇到介质表面时，可能会发生反射。

反射是指电磁波在撞击介质表面后反弹回原来的介质中。

反射现象实际上是电磁波与介质之间交换能量的结果，其中一部分能量被反射回去，一部分则被吸收或穿透。

六、电磁波的散射除了折射和反射，电磁波还可能发生散射现象。

散射是指电磁波在与介质中的微粒相互作用后改变传播方向。

遥感导论复习资料(全)

填空1.微波是指波长在1mm-1m之间的电磁波。

2.就遥感而言，被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射，使太阳活动对遥感的影响减至最小。

3.1999年，我国第一颗地球资源遥感卫星（中巴地球资源卫星）在太原发射成功。

ndsat和SPOT的传感器都是光电成像型，具体是光机扫描仪、CCD阵列。

5.SPOT1、2、3卫星上有HRV高分辨率可见光扫描仪，可以用作两种观测垂直观测、倾斜观测也是SPOT卫星的优势所在。

6.美国高分民用卫星有IKONOS、QUICK BIRD。

7.灰度重采样的方法有：最邻近法、双线性内插法、三次卷积内插法。

8.四种分辨率来衡量传感器的性能：空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率9.数字图像增强的主要方法有：对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换。

10.常用的彩色变换方法有：单波段彩色变换、多波段彩色变换、HLS变换。

11.遥感系统包括五种：目标物的电磁波特性、信息的获取、信息的传输、信息的处理、信息的运用。

12.遥感传感器的探测波段分为：紫外遥感、可见光波段、红外遥感、微波遥感、多波段遥感。

13.常用的锐化方法有：罗伯特梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯算法、定向检测。

14.目标地物识别特征包括：色调、颜色、阴影、形状、大小、纹理、图形、位置、拓扑结构。

15.地物的空间关系主要表现为：方位、包含、相邻、相交、相贯。

16.地质遥感包括：岩性识别、地质构造的识别、构造运动的分析。

17.试举三个陆地卫星：Landsat、SPOT、CBERS。

18.遥感影像变形的原因有：遥感平台位置和运动状态变化的影响、地形起伏的影响、地球曲率的影响、地球自转的影响、大气折射。

19.平滑是为了达到什么目的：去除噪声。

20.热红外影像的阴影是：目标地物与背景之间辐射差异造成的。

21.遥感扫描影像的特征有：综合概括性强、信息量大、动态观测。

22.微波影像的阴影是：与目标地物之间存在障碍物阻挡了雷达波的传播。

第10章电磁波的衍射与散射

∫
G ( r , r ′ ) ∇ ′ψ − ψ∇ ′G ( r , r ′ ) i en dS ′ = − ∫ ψ ( r ′ ) δ ( r − r ′ ) dV ′ ′ S V
根据δ函数的性质，得函数的性质，
−ψ ( r ) , r 位于V内 ∫ S G ( r , r ′ ) ∇′ψ −ψ∇′G ( r , r ′ ) ien′ dS ′ = 0，r 位于V 外
电子科技大学
是惠更斯原理的数学表达式积分式中的因子 e jkR ( 4π R ) 表示从表面S上的点 ′ 向体积V 表示从表面上的点r 向体积上的点内的点r 传播的波，内的点传播的波，其波源强度由边界值确定曲面S上的每一点可以看作次级波源，区域V内的波可看作曲面上的每一点可以看作次级波源，区域内的波可看作上的每一点可以看作次级波源曲面上所有次级波源所发出的波的叠加
亮区入射线过渡区
阴影区
电子科技大学
10.2.1 几何绕射理论
几何绕射理论是经典几何光学法的推广。几何绕射理论是经典几何光学法的推广。几何绕射理论认为：除了几何光学的入射线、几何绕射理论认为：除了几何光学的入射线、反射线和透射线外，还存在一种绕射线绕射线。线外，还存在一种绕射线。
关于绕射线的概述产生于散射体表面几何形状或电特性不连续的地方不仅可以进入几何光学亮区，不仅可以进入几何光学亮区，而且可以进入几何光学阴影区解决了几何光学在阴影区失效的问题，解决了几何光学在阴影区失效的问题，同时完善了亮区的几何光学解其初始幅度由绕射系数确定
电子科技大学所以，区域V中任意点处的场只是由S 上的次波源产生，中任意点r处的场只是由所以，区域中任意点处的场只是由 0 上的次波源产生，中的积分只需要在S 上进行，式①中的积分只需要在 0上进行，即有 e jkR 1 R ′ψ ( r ′ ) + jk 1 + j ′ ) i en dS ′ ′ ψ (r ) = − ∫ Rψ (r ∇ S0 4π R kR 如果屏右边的观察点很远，即考虑远场衍射（夫琅和费衍射）如果屏右边的观察点很远，即考虑远场衍射（夫琅和费衍射），上式可以简化为以下形式：上式可以简化为以下形式： e − jkr ψ (r ) = − 4π r

电磁波散射特性研究及其应用

电磁波散射特性研究及其应用电磁波在空间传播时会与物体发生相互作用，由此出现电磁波散射现象。

研究电磁波散射特性，对于应对电磁干扰、雷达侦测、地球探测和遥感探测等应用具有重要意义。

1.电磁波散射的基本概念散射是指电磁波在经过介质界面等物体表面，由于介质的参量突变及物体表面粗糙程度和形状的差异等原因，电场分布和电磁波的传输方向发生变化。

电磁波的散射过程，根据物体的形状和尺寸对电磁波强度的影响，可以分为几何光学散射、绕射散射和反向散射等多种类型。

其中，几何光学散射是针对大尺度物体，一般为大于波长五倍时的物体，其散射过程可用光学模型描述。

而绕射散射和反向散射则是针对介质散射场中的微观尺度物体，如土壤的松散颗粒、海面的波纹等，需要借助电磁理论和数值计算等手段。

2.电磁波散射特性研究的方法电磁波散射特性的研究，主要是利用微波和毫米波等频段的电磁波进行物体散射场的实测和模拟。

实测方面，需要借助散射计和雷达等装置对散射目标进行探测和观测，得到散射场的强度和散射参数等数据，然后进行数据处理和分析，提取物体散射特性。

模拟方面，一般采用计算电磁学方法，如边界元法、有限元法和时域积分方程法等，以数值计算的形式对目标物体的散射场进行计算和模拟，得到物体的散射横截面、散射图像等特征参数和信息。

3.电磁波散射特性的应用电磁波散射特性是许多领域的重要研究课题，其应用与实际问题密切相关。

3.1雷达侦测雷达是用电磁波进行物体侦测和跟踪的重要手段。

在雷达应用中，电磁波经过被研究物体的散射和反射，被雷达接收并处理，从而得到物体的位置、形状、速度等信息。

研究散射特性，可以提高雷达探测的精度和可靠性。

3.2地球探测电磁波散射在地球探测中也有着广泛的应用。

例如，采用合成孔径雷达（SAR）、雷达高程计（RHC）等技术，可以实现地形地貌等地球表面特征的精确测量和获取。

3.3遥感探测遥感技术是指利用大气透射和物体向空间辐射的电磁波信号，对地球或海洋表面及其下部进行接收和分析，获取其空间和时间信息等的技术。

电磁波散射效应

电磁波散射效应电磁波散射是指当电磁波通过物体时，会发生一部分波的传播方向发生改变的现象。

这种现象可以解释为电磁波与物体表面的相互作用，导致波的传播方向改变。

电磁波散射效应在各个领域具有广泛的应用和意义。

一、电磁波散射的基本原理电磁波散射效应的基本原理可以归结为两个因素：物体的尺寸和物体的电性质。

首先，物体的尺寸决定了散射波的特性。

当入射波的波长与物体的尺寸相当或者比物体尺寸更大时，波会将物体表面和周围介质的形态结构所决定的散射波。

根据尺寸比较的不同，可以将散射分为几个不同的类型，如尺寸远大于波长时的几何光学散射，尺寸与波长相差不大时的费维耳散射等。

其次，物体的电性质也会对散射波产生影响。

物体的电性质包括介电常数和电导率等。

当电磁波通过物体时，波与物体中的电荷和导体中的自由电子相互作用，产生电场和磁场的重分布。

这种电场和磁场的重分布将导致波的传播方向改变，从而产生散射。

二、电磁波散射的应用领域1. 天文学：天体辐射的散射效应是研究宇宙中星体和星际介质的重要手段之一。

通过观察散射效应，可以获取宇宙中星体的性质和构成。

例如，通过测量星际尘埃对星光的散射，研究尘埃颗粒的大小、成分和分布。

2. 大气科学：电磁波在大气中的散射现象对大气科学的研究有重要意义。

通过测量电磁波的散射，可以研究大气中的颗粒物质的分布和浓度，从而了解大气污染的程度和来源等。

同时，在雷达测量等气象观测中，电磁波的散射也被广泛应用。

3. 遥感技术：电磁波散射效应是遥感技术的基础之一。

通过测量不同频率的电磁波在地球表面的散射，可以获取地表的信息。

例如，卫星遥感技术中常用的雷达散射图像可以用来估算陆地覆盖类型、土壤湿度和海浪高度等。

4. 无线通信：电磁波的散射效应是无线通信中常见的现象。

当无线信号通过建筑物、山脉等物体时，会发生多径散射，即信号被散射成多个波。

多径散射效应对于移动通信系统的性能具有重要影响。

5. 材料科学：电磁波散射可以用来研究材料的性质和结构。

大气颗粒物对平面电磁波的散射研究

第３卷第３３期
２１年９００月
＝一
长春理工大学学报（自然科学版）
ＪｕａｆＣｈｎｄｍｎＵｎｖｒｉｆｃｏｃｎｅｈｏｏｙ（ｔｒｌｃｅｃｉｏ）ｏｒｌａｇｎｏｉｅｓｔｏｉｅａｄＴｃｎｌｇＮａｕａｉｎｅｙＳｎＳＥｄｔｎｉ
ＳｕｙｏｃｔｅｉｇｏｍｏｈｅｉｒｉｌｓｏｔｄｆＳａｔｒｎｆＡｔｓｐｒｃＰａｔｃｅｎＰｌｎｅｔｏａｎｅｉａ ’ ａｅＥｌｃｒｍｇｔｃＷｌｅ
ＬａｚａＥＩｎｈｏＱｉ
ｉｐｏｏｔｎｌｏｔｅ６ｏｒａｔｌａｉｓｉｖｒｅｙｐｏｏｔｎｌｏｔｔｏｒｖｌｎｔ：Ｉｙｅｇｃｔｒｓｒｐｒｉａｔｐｗｅｐｒｉｅｒｄｕ，ｎｅｓｌｒｐｒｏａ４ｈｐｗｅｏｔｈｈｃｉｔｈｅｗａｅｅｇｈｎＲａｌｉｈｓａｔ－ｅｉｓｂｏｐｏｅｍａｎｎ，ａｓｒｔｎｉｔｉ，ｖｒｅｐｒｃｔｒｎｓｌｆＲａｌｉｈａｐｏｉｔｎａｄＭｉｔｅｒｒｅａｓｏｉｓｈｅｙｆｗｕｓａｔｉｇＲｅｕｔｏｅｅｓｙｅｇｐｒｘｍａｉｎｅｈｏｙＷｅｌｏｏｍ－ｏ
大气中的悬浮颗粒物是窄气中分散的固态或液态颗粒状物质（气溶胶）。根据粒径大小，有空气动
射很少。将瑞利散射结果和Ｍｉ理论计算结果进行对比，结果显示人气颗粒物八寸范罔内瑞利近似是稚的。ｅＵ

物理学中的电磁波的散射和吸收

物理学中的电磁波的散射和吸收电磁波是一种由电场和磁场交替产生的波动现象，广泛应用于通信、雷达、无线电等领域。

在物理学中，电磁波的散射和吸收是一项重要的研究内容。

本文将探讨电磁波散射和吸收的基本原理及其应用。

一、电磁波散射1. 散射的定义与基本原理散射是指当电磁波与物体相互作用时，波的传播方向发生改变的现象。

散射可以以不同的方式进行，如射向物体的电磁波可完全散射回去，也可散射到其他方向。

2. 散射的与物体性质的关系电磁波与物体发生散射的程度取决于物体的大小、形状、材料以及电磁波的波长。

例如，当入射的电磁波波长与物体的尺寸相当时，会产生明显的散射效应。

同时，物体的材料也会影响散射的结果，因为不同的材料对电磁波有不同的吸收和反射特性。

3. 散射的应用散射现象被广泛应用于雷达和无线电通信技术中。

通过测量散射的时间、强度等参数，可以获取关于目标物体的信息，如距离、速度、形状等。

此外，散射还被应用于光学器件设计、探测和成像等领域。

二、电磁波吸收1. 吸收的定义与基本原理吸收是指当电磁波与物体相互作用时，物体吸收波的能量并将其转化为其他形式的现象。

吸收取决于物体的材料特性和电磁波的频率。

2. 吸收的与物体性质的关系物体的材料对不同频率的电磁波有不同的吸收特性。

在特定频率下，物体的吸收率与其材料的阻抗匹配程度相关。

当电磁波频率与物体的共振频率相匹配时，吸收效果最强。

3. 吸收的应用电磁波的吸收在红外线、微波、射频等频段的应用中具有重要意义。

例如，利用物体对红外线的吸收特性，可以实现红外热成像技术；而在通信领域，物体对射频、微波的吸收特性被广泛应用于无线电传输和天线设计等方面。

三、电磁波散射与吸收的应用案例1. 雷达技术雷达利用电磁波散射原理实现目标检测和跟踪。

通过射向目标物体的电磁波与目标散射回来的波进行测量，可以实现目标物体的探测和定位。

2. 光学成像光学成像技术利用电磁波的散射和吸收特性实现图像的获取。

例如，在医学领域，利用X射线的散射和吸收特性，可以获取人体内部的组织结构图像，实现疾病的诊断和治疗。

大气对激光的散射

6
考虑最一般情况，一个电荷沿一直线作振幅很小的的上下加速运动，在与运动轴成角方位的电场就沿着与视线垂直的方向，并在包含加速度与视线的平面内。设距离为 r，那么在 t 时刻电场的大小为
E（t ) qa(t r / c) sin 4 0c 2 r
（ 12）
其中 a( t-r/c ) 是 ( t-r/c ) 时刻的加速度，叫做推迟加速度。
d [dPs ( )] I（（ s ））ns P i ( ) dx d
（4）
4
（式中，I（是散射的辐射强度；是比例系数，它是散射角和波长的函数；） s ） ns 是散射粒子浓度；Pi ( )dx 是入射到厚度为 dx 的元体积上的某一波长激光的光束功率。将上式改写为
图 1 两类散射模型的强度分布
其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极子振荡，并以此为中心向四周发出与入射波频率相同的子波，即散射波。散射波的能量分布同入射波的波长、强度以及粒子的大小、形状和折射率有关。
2
对一波长为 λ 的单色激光光束，在不均匀媒介内传播距离X后，由于纯散射作用，将使光束沿 x 方向衰减为
图 2 电荷产生的电场
假设电荷按非相对论性的任何方式作加速运动，由此我们计算加速电荷所辐射的总能量。
q 2 a '2 sin 2 S 0cE 16 2 o c3r 2
2
（ 13）
S 是能流密度，就是在方向每平方米所辐射的功率。注意到它与距离平方成反比，要求出向所有方向辐射的总能量，则必须对上式所有方向积分。
13
参考文献：《激光雷达技术》上册，戴永江《费曼物理学讲义》第一卷，郑永令等《大气散射》地理国情监测云平台网站

雷达探测大气的基础知识(散射)

Pr ∞∑ E 2im
i =1
N
21
球形水滴和冰粒的散射 9. 单个球形粒子的雷达截面(后向散射截面)
雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向(即θ ＝π)的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。因此，对探测云、雨等有意义的是粒子的后向散射。对于普遍的球形粒子，根据米氏散射理论，其后向散射函数 1 ∞ 2 n ) | ( 1) (2 1)( ) | β (π = − n + a − b n n 2 ∑ 4k n =1 对于小球形粒子，根据瑞利散射理论，其后向散射函数
24
雷达截面σ的具体函数形式：
对于普遍的球形粒子
π r2 ∞ 2 n σ n a b = | ( − 1) • (2 + 1)( − ) | ∑ n n 2 α n =1
小球形粒子
64π 5 r 6 m 2 − 1 2 π 5 D 6 m 2 − 1 2 = σ = | 2 | | 2 | 4 4 λ m +2 λ m +2
2.1 散射 2.2 衰减 2.3 雷达气象方程 2.4 折射 2.5 雷达的探测能力
1
1、雷达探测大气的基础：气象目标的散射作用
大气介质
大气气体分子大气介质折射指数分布不均
云滴
随粒子的相态、几何形状、大小、电学特性而异
降水粒子
2
2、散射现象
当电磁波传播遇到空气介质和云、雨质点时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率电磁波，称散射现象。
10.1 雷达反射率：
单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和，并以η表示，常用单位是cm2/m3，即
η=
单位体积
∑ σ = ∫ n (D)σ (D)dD

子情境2大气层对电磁波传播的影响

03 大气层对电磁波传播的影响因素
大气折射
定义
电磁波在大气中传播时，由于大气密度、温度和湿度的变化，导致电磁波传播方向发生改变的现象。
影响
大气折射会导致电磁波传播路径的弯曲，影响通信和导航的精度。
规律
大气折射率随高度的增加而减小，随温度的升高而减小，随湿度的增加而增大。
大气吸收
平流层中水汽和尘埃含量较少，气溶胶也较少，因此电磁波的传
播较为稳定。
平流层中的臭氧层能够吸收紫外线，对电磁波的传播产生影响。
电离层
电离层位于平流层之上，高度在501000公里之间。
电离层的结构复杂，分为多个层次，不同层次的电磁波传播特性不同。
电离层中的气体分子被太阳辐射电离成自由电子和正离子，对电磁波的传播产生影响。
要点二
技术发展
随着探测技术和计算机模拟技术的不断发展，未来将能够更精确地模拟和预测电磁波在大气层中的传播行为。这不仅有助于提高通信和遥感技术的性能，也将为气象预报、环境监测等领域提供更准确的信息。
ห้องสมุดไป่ตู้
要点三
跨学科合作
大气层对电磁波传播的影响是一个涉及多学科的复杂问题，需要不同领域的专家进行跨学科的合作研究。未来，应加强不同学科之间的交流与合作，共同推动这一领域的发展。
05 大气层对电磁波传播的影响实例
卫星通信中的大气影响
信号衰减
大气中的水蒸气和气溶胶颗粒会对电磁波产生散射和吸收作用，导致卫星信号在传输过程中衰减。
延迟
大气中的折射效应会导致电磁波传播路径弯曲，从而增加信号的传输时间，影响通信的实时性。
闪烁
大气中的不均匀折射会导致信号强度波动，产生闪烁现象，影响通信质量。

电磁波在传播中的大气气体吸收衰减薛成斌

电磁波在传播中的大气气体吸收衰减薛成斌发布时间：2023-06-24T01:52:34.717Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：薛成斌[导读] 电磁波在传播过程中会受到大气气体吸收衰减的影响，这是由于大气分子中的自由电子和极化效应导致的。

大气气体的吸收率与电磁波的频率相关，高频电磁波比低频电磁波更易被大气气体吸收。

在可见光范围内，大气气体主要吸收紫外线和红外线，而对于无线电信号等高频电磁波来说，水汽、氧气和二氧化碳是吸收的主要因素。

其中，水汽对微波信号的吸收最强，尤其是在雨天或雾天时，会严重影响无线电信号的传输距离和质量。

而在较高频率的毫米波段，氧气和二氧化碳则是主要的吸收因素。

这也是为什么毫米波通信需要更密集的基站布设以保证信号的稳定性和可靠性。

针对大气气体吸收衰减的影响，在实际的通信应用中可以采取一些措施，例如选择合适的频段、增加信号功率、优化天线设计等。

同时，也可以通过使用通信卫星等技术来规避大气气体吸收衰减对信号传输的影响。

中国电子科技集团公司第二十二研究所重庆 404100摘要：电磁波在传播过程中会受到大气气体吸收衰减的影响，这是由于大气分子中的自由电子和极化效应导致的。

大气气体的吸收率与电磁波的频率相关，高频电磁波比低频电磁波更易被大气气体吸收。

在可见光范围内，大气气体主要吸收紫外线和红外线，而对于无线电信号等高频电磁波来说，水汽、氧气和二氧化碳是吸收的主要因素。

其中，水汽对微波信号的吸收最强，尤其是在雨天或雾天时，会严重影响无线电信号的传输距离和质量。

而在较高频率的毫米波段，氧气和二氧化碳则是主要的吸收因素。

这也是为什么毫米波通信需要更密集的基站布设以保证信号的稳定性和可靠性。

针对大气气体吸收衰减的影响，在实际的通信应用中可以采取一些措施，例如选择合适的频段、增加信号功率、优化天线设计等。

同时，也可以通过使用通信卫星等技术来规避大气气体吸收衰减对信号传输的影响。

关键词：电磁波；传播；大气；气体一、引言电磁波是一种具有波动性质和电磁性质的物理现象，其在自由空间中传播时会受到各种因素的影响。

散射原理

散射原理透射光强为l l h K e I e I I α-+-==0)(0h ：散射系数 K ：吸收系数 α：衰减系数（实际测量中得到的）散射是指电磁波通过某些介质时，入射波中一部分能量偏离原来传播方向而以一定规律向其他方向发射的过程。

散射可以用电磁波理论和物质电子理论解释：入射的电场使粒子中的电荷产生振荡，振荡的电荷形成一个或多个电偶极子，它们辐射出次级的球面波，因为电荷的振荡与入射波同步，所以次级波与入射波有相同频率，且有固定的相位关系。

在大气散射过程中，散射粒子的尺度范围很大，从气体分子（约10-4μm ）到气溶胶（约 1μm ）、小水滴（约 10μm ）、冰晶（约 100μm ），以及大雨滴和雹粒（约 1cm ）。

通常以尺度数α = 2π/λ作为判别标准，其中r 为粒子半径，λ为波长。

按α的大小可以将散射过程分为三类：(1) α << 1，即 r < λ 时的散射，称为 Rayleigh 散射或分子散射；(2) 1< α < 50，即 r ≈ λ 时的散射，称为 Mie 散射或大颗粒散射；(3) α > 50，即 r>> λ 时的散射，属于几何光学散射范畴。

对于大气中的粒子（假设是各向同性的），散射光分布型式相应于入射光方向是三维空间对称的，依赖于尺度数 α，其典型情况如图 3.1 所示图3.1 三种尺度粒子的散射强度的角分布型式Rayleigh 散射和 Mie 散射的实质，都是大气分子或气溶胶粒子在入射电磁波作用下激发，而产生振动的电偶极子或多极子，并以粒子为中心向四周辐射出与入射波频率相同的散射波，都属于弹性散射。

瑞利散射瑞利散射解释了大气中气态分子的光学特性，根据瑞利的观点，天空的蓝色是由于大气中圆形、各项同性的、密度大于周围介质、且大小远远小于波长的粒子的散射造成的。

瑞利散射理论的提出是基于以下几个假设条件（1）粒子尺寸远远小于光的波长，一般 r ≤ 0.03λ时，就认为满足条件。

大气散射

大气散射（atmospheric scattering），电磁波同大气分子或气溶胶等发生相互作用，使入射能量以一定规律在各方向重新分布的现象。其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极子振荡，并以此为中心向四周辐射出与入射波频率相同的子波，即散射波。散射波能量的分布同入射波的波长、强度以及粒子的大小、形状和折射率有关。目录简介原理瑞利散射米散射多次散射光的散射天空颜色主要形式展开简介 1.光线通过有尘土的空气或胶质溶液等媒质时，部分光线向多方面改变方向的现象。叫做光的散射.超短波发射到电离层时也发生散射。太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不象吸收那样把辐射能转变为热能，而只是改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，被散射愈厉害。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的。例如波长为0.7微米时的散射能力为1，波长为0.3微米时的散射能力就为30。因此，太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色就是因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。如果太阳辐射遇到直径比波长大的质点，虽然也被散射，但这种散射是没有选择性的，即辐射的各种波长都同样被散射。如空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色的。有时为了区别有选择性的散射和没有选择性的散射，将前者称为散射，后者称为漫射。 2.两个基本离子相碰撞，运动方向改变的现象。 3.在某些情况下，声波投射到不平的分界面或媒质中的微粒上而不同方向传播的现象，也叫乱反射。 4.按介质不均性的不同，光的散射可分为两大类：介质中含有许多

大气物理分子散射

大气物理分子散射1.引言1.1 概述大气物理分子散射是大气科学中的重要研究领域，它主要研究大气中的分子与辐射之间的相互作用过程。

在大气中，分子散射是指大气分子与入射辐射之间发生的相互作用，导致辐射的方向、能量以及波长发生变化。

大气物理分子散射的研究对于理解大气中的光学特性以及气象学、气候学等相关学科有着重要意义。

首先，由于大气中的分子散射会改变入射辐射的传播方向，因此它对大气透明度、天空的颜色以及日落时的红光现象等有着重要影响。

其次，大气散射还会导致辐射传播过程中的能量损失，可能会对大气层的能量平衡产生一定的影响，从而对气候的变化产生影响。

此外，大气散射还与空气质量、空气污染等有一定的关联。

因此，深入研究大气物理分子散射能够帮助我们更加全面地认识和理解大气环境，并提供科学依据用于解决大气环境问题。

本文将重点介绍大气物理分子散射的基本概念和特点。

首先，将详细解释物理分子散射的定义以及相关理论基础，从微观角度探讨根据分子尺寸和入射波长来判断分子散射过程中的散射机制。

接着，将进一步阐述大气物理分子散射的特点，包括其与入射辐射波长的关系、散射过程中的能量转移、散射角度分布等。

同时，将讨论大气物理分子散射在大气科学和环境科学研究中的应用，以及当前对于大气物理分子散射认识的不足之处和未来的研究方向。

通过对大气物理分子散射的深入研究，我们可以更好地理解大气中的光学特性和辐射传输过程，为解释和预测气象现象、气候变化等提供科学依据。

希望通过本文的阐述，能够增加对大气物理分子散射的认识和理解，推动相关研究的发展，并为未来的大气科学研究提供新的思路和方向。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可按照以下方式撰写：在本文中，将对大气物理分子散射的研究进行详细探讨。

该文章共分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分将对大气物理分子散射的概念进行概述，介绍物理分子散射的基本概念，并阐述本文的目的。

通过引言，读者将对大气物理分子散射有一个整体的了解，并明确文章的研究目标。

大气带电粒子对电磁波的散射研究

大气带电粒子对电磁波的散射研究张自嘉;王其;孙亚杰;陈海秀;杨长松【摘要】Study of the scattering of electromagnetic waves by charged partcles in atmosphere is significant to the detection of the clouds and lightning warning and analsis of the effect of the charged sands on radio communications. Scattering of electromagnetic waves by charged partcles small compared with the wavelength is analszed by both of macroscopic and microcosmic theory, corresponding two principle of the scattering of electromagnetic waves. Macroscopic theory is related to the scattering of electromagnetic waves produced by the macroscopic electric current across the particles when the electron is drived by the external electric field. Microcosmic theory is related to the scattering of electromagnetic waves produced by the forced vibration of the electron near its balance position. The effects of the scatter- ing of electromagnetic waves by partcles before and after charging is studied by comparing the scattering sections. Analysis shows that the charges carried by the particles have no effect on the scattering of electromagnetic waves from macroscopic perspective, and have great effect from the microcosmic perspective near some frequency.%研究大气中带电粒子对电磁波的散射特性，对利用遥感方法雷达探测云层、雷电预警、分析沙尘对电磁波传播的影响等具有重要意义。

大气层中的电磁波传播与散射过程

大气层中的电磁波传播与散射过程大气层中的电磁波传播与散射过程，是实现通讯与导航的重要基础。

大气层可被视为具有一定介电特性的准线性媒质，当电磁波垂直入射大气时，会引起折射、反射、散射和吸收等一系列的物理现象。

大气层的介质常数随着海拔变化而变化，因此电磁波的传播速度也随之变化。

而这种变化的分布规律，对于地球上的通讯和导航系统的精度有着重要的影响。

一般来说，电磁波的传播路径会受到大气层参数的影响，如温度、大气湿度、气压、大气密度等。

因此，在研究大气层电磁波传播与散射过程时，必须考虑大气层中各种物理特性的影响。

大气层中的散射现象大气层中的散射现象指的是，当电磁波在大气中碰到空气、水汽等物质时，会因为其和这些物质相互作用而改变其行进方向或者强度的现象。

大气层中的电磁波散射有以下几种类型：(1) 瑞利散射瑞利散射主要是指在大气层中，当电磁波的波长比中分子间距小得多时，电磁波会被空气分子所散射的现象。

瑞利散射的主要效应就是将低频电磁波散射到大气层中的所有方向，从而使得这些信号无法被天线收到。

(2) 米氏散射米氏散射主要是指在大气层中，当电磁波的波长比气溶胶直径大得多时，电磁波会被大气中的微粒和气溶胶散射的现象。

米氏散射的散射角度不仅与电磁波的频率和角度有关，同时也和大气中的气溶胶浓度有关。

(3) 斯图尔散射斯图尔散射主要是指在大气层中，当电磁波的波长比了空气分子的大小大得多时，会被大气分子与雾水粒子等物质的大小差异所散射。

斯图尔散射的重要性因而取决于大气质量、温度、湿度等等参数。

传播路径的变化大气层中的物理参数是非常复杂的，它们的变化会对电磁波传播路径产生重大影响。

由于大气层具有一定的湿度和密度变化，因此会对电磁波的传播速度和路径产生变化，并产生相应的电磁波折射和散射现象。

除此之外，太阳活动和地球磁场的变化也会对大气层中的电磁波传播造成显著影响。

例如，日冕质量喷发等太阳活动会导致地球上大气层中的离子层发生异动，从而影响电离层特性，进而影响电磁波的传播路径。

电磁波在大气中的传播

电磁波在大气中的传播电磁波是一种在空间中传播的能量。

它的传播速度非常快，甚至可以达到光速。

我们常见的电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线以及伽马射线都属于电磁波的范畴。

在自然界中，电磁波的传播主要是通过大气介质进行的。

本文将揭示电磁波在大气中传播的过程以及其在不同频谱范围内的特性。

首先，我们先来了解一下大气是如何影响电磁波的传播的。

大气是由各种气体、水蒸汽、悬浮颗粒等组成的。

这些物质会对电磁波的传播产生散射、吸收和折射等作用。

其中，散射是指当电磁波遇到大气中的微小颗粒时，会因为颗粒的尺寸与电磁波的波长相当而改变传播方向。

这就是为什么我们在白天看到的天空是蓝色的原因，因为大气中的气溶胶颗粒会使蓝光的散射比其他颜色的光更强。

而吸收作用则是指当电磁波与大气中的分子或原子发生相互作用时，一部分能量被大气吸收，使得电磁波减弱或完全消失。

不同频谱范围内的电磁波与大气的相互作用程度也不尽相同，下面将分别探讨。

对于无线电波，它们具有较长的波长，通常几厘米到数十米不等。

由于它们的波长相对较长，它们的传播受到大气散射和吸收的影响较小。

事实上，无线电波可以沿着地球曲率进行直线传播，这就是为什么我们能够利用无线电进行远距离通信的原因。

除此之外，无线电波还具有穿透建筑物和云层的特点，因此在通信和雷达等领域中得到广泛应用。

而对于微波，它们的波长要比无线电波短得多，通常在数毫米到数厘米之间。

这使得微波与大气的相互作用更加明显。

大气中水蒸汽的存在对微波的传播起着重要的作用。

我们熟知的微波炉就是利用微波能够被水分子吸收的特性来加热食物的。

此外，微波还被广泛应用于卫星通信和雷达系统中，因为它们具有高密度传播和可穿透云层的特点。

当我们进一步减小波长，进入红外线、可见光和紫外线的频谱范围时，电磁波的传播受到大气的吸收和折射的影响更加明显。

红外线的波长比可见光长，它们主要被大气中的水蒸汽和二氧化碳吸收。

而可见光则可以穿过大气层被我们所感知到，但它们也会受到大气散射的影响。