大气对光吸收、散射
光在大气中的传播及应用
光在大气中传播及应用大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。
光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏；当光波功率足够大、持续时间极短时，非线性效应也会影响光束的特性。
1.大气衰减激光辐射在大气中传播时，部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量（如热能等）部分能量被散射而偏离原来的传播方向（即辐射能量空间重新分配）。
吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减。
（1）大气分子吸收大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受迫振动。
所以为了克服大气分子内部阻力要消耗能量，表现为大气分子的吸收。
分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。
极性分子的内部运动一般有分子内电子运动、组成分子的原子振动以及分子绕其质量中心的转动组成。
相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。
因此，分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。
大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%），但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3，Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。
只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。
H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主要吸收谱线的中心波长如表2-1所示。
表1中对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。
在这些窗口之内，大气分子呈现弱吸收。
目前常用的激光波长都处于这些窗口之内。
大气校正原理
大气校正原理大气校正是遥感影像处理中的一个重要环节，它是指根据大气光学特性对遥感影像进行校正，以消除大气因素对影像的干扰，使得影像更加真实和准确。
大气校正原理是基于大气对遥感影像的影响进行分析和处理，通过数学模型和物理原理来实现对影像的校正。
下面将从大气光学特性、大气校正的基本原理以及常用的大气校正方法进行介绍。
1. 大气光学特性。
大气光学特性是指大气对太阳辐射的吸收、散射和透射等光学过程。
在遥感影像中，大气光学特性主要表现为大气散射和吸收对影像的遮蔽和变暗效应。
大气散射会导致影像中出现较大的散射光斑和较低的对比度，而大气吸收则会导致影像中出现较大的暗区和光斑不均匀现象。
因此，了解大气光学特性对于进行大气校正具有重要的意义。
2. 大气校正的基本原理。
大气校正的基本原理是通过建立大气光学模型，对影像进行修正，消除大气因素对影像的影响。
大气校正的过程可以简单描述为，首先，根据大气光学特性建立大气传输模型，模拟大气对太阳辐射的吸收和散射过程；然后，根据影像中的光谱信息和地物特性，对影像进行大气校正，消除大气因素的影响，使得影像更加真实和准确。
3. 常用的大气校正方法。
目前，常用的大气校正方法主要包括大气校正模型和大气校正软件两种。
大气校正模型是基于大气光学特性建立的数学模型，如大气校正模型6S、MODTRAN等，通过模拟大气传输过程，对影像进行校正。
而大气校正软件则是基于这些模型开发的软件工具，如ATCOR、FLAASH等，能够快速、准确地对影像进行大气校正处理。
总结。
大气校正是遥感影像处理中的一个重要环节，它能够消除大气因素对影像的干扰，使得影像更加真实和准确。
大气校正的原理是基于大气光学特性建立数学模型，通过模拟大气传输过程对影像进行校正。
常用的大气校正方法主要包括大气校正模型和大气校正软件两种。
通过对大气校正原理的了解，能够更好地进行遥感影像处理和应用。
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。
光的散射和吸收的原理解释
光的散射和吸收的原理解释光的散射和吸收是光与物质相互作用的重要过程。
在日常生活和科学研究中，我们能够观察到这些现象并应用它们来解释和理解许多现象和现象。
光的散射是指光线在遇到物质时改变方向并传播出去的过程。
当光线遇到一个物体时，它会与物体表面上的分子或原子发生相互作用，并使光线的方向发生改变。
这是因为光的电磁波本质上是由电场和磁场构成的，而物质中的分子和原子具有电荷。
当光遇到物体时，电磁波的电场与物质中的电荷相互作用，使光发生折射、反射或散射。
散射现象的原理可以通过著名的雷利散射理论来解释。
根据这个理论，当光遇到比其波长小很多的物体时，光线的散射程度会随着波长的减小而增加。
这是因为波长较短的光线与物体表面的原子或分子的尺寸相比更容易相互作用。
这就是为什么蓝光在大气中更容易散射，导致天空呈现出蓝色的原理。
蓝光的波长较短，因此与空气中的分子更容易相互作用而散射。
与散射相对应的是光的吸收。
当光线遇到物体时，它也可以被物体吸收。
物体吸收光的能力取决于物体的性质和光的特性。
当光线传播到物体内部时，它会与物体内部的分子或原子相互作用，导致能量被吸收，转化为物体内部的热能。
光的吸收过程可以通过尤金-ラン琴斯公式来描述。
这个公式表明，当光的频率与物体的原子或分子的共振频率相匹配时，光的吸收会变得非常高效。
这就是为什么某些物质对特定波长的光特别敏感，能够有效吸收这些光线，而其他波长的光则被较少吸收的原因。
例如，叶绿素分子对可见光的红色和蓝色部分非常敏感，能够吸收这些部分的能量来进行光合作用。
光的散射和吸收在许多领域都有广泛的应用。
在天文学中，我们通过观察星光的散射和吸收来研究宇宙中的物质组成和演化。
在地球科学中，使用散射和吸收现象来研究大气成分、气候变化和空气质量。
在生物医学中，光的散射和吸收被用来研究生物组织的结构和功能。
总之，光的散射和吸收是光与物质相互作用的重要过程。
散射是光线在遇到物体时改变方向并传播出去的现象，而吸收是光线被物体吸收的过程。
大气对太阳辐射吸收与散射
光学质量optical mass
• 辐射束沿传输路径在单位截面气柱内所吸收 或散射的气体质量u
• 一般光学厚度可以写成
P k k0, ( P0
T0 )n T
(P P0
T0 )n 订正因子 T
n与气体成分和波长有关，当
P0=1000hPa,T0=300K,可取n=1/2.
如果k0,不随L而变，则
L
•实际应用中,做一些合理假定,得出各种 光谱对应的吸收率公式.
a,太阳和地球的黑体辐射,b 整层大气的吸收谱,c,11km以上 大气吸收谱,d,整层大气中不同气体成分的吸收谱
紫外波段的主要吸收气体是：氧气、臭氧。
平流层臭氧能吸收掉30%太阳紫外辐射，全 部太阳辐射能的2%。氧气和臭氧几乎能吸收 掉0.3µm以下的全部太阳紫外辐射,地面基本 观测不到该波段辐射.
电磁波谱
转动光谱，波长较长， Q 较小；电子能级跃迁所对应 的光谱在可见光和紫外区，电子能级跃迁的 Q 大。
原子辐射 (发射紫外和可见光)
• 每个原子可具有许多运动状态，每个运 动态有确定的能量值，每个能量值称为 能级。
• 原子能量从一个状态变到另一个状态， 有能级跃迁。
• 能级间距的大小决定了发射或吸收谱线 的位置.
F,l
F,0e
F ek0,u ,0
当δ=1单位光学厚度时,辐射能削减 为原值的1/e.
指数削弱规律是研究太阳直接辐射 削弱的基础。
2 大气对太阳辐射的散射
• 散射:散射不发生能量交换. 散射是指每一个散射分子 或散射质点将入射辐射重 新向各方辐射出去的一种 现象.
• 大气向上射向太空的散射 就是大气对太阳辐射的反 射.天空任何角度射向地面 观测者的散射就是蓝色的 天空辐射.
大气对太阳辐射的削弱作用体现在哪些方面
大气对太阳辐射的削弱作用体现在以下几方面。
工具/原料
太阳
大气
方法/步骤
1. 1
总体上大气通过吸收反射和散射三种途径削弱太阳辐射。
2. 2
吸收作用：大气平流层中的臭氧（O3）吸收太阳辐射里的紫外线（uv），而对流层里面的大量水气和二氧化碳CO2吸收太阳辐射中红外线。
大气吸收占比约19%。
3. 3
反射作用：通过云层反射削弱，云层越厚则反射越强烈。
此外，在地面也会被地面、水面、叶面等反射损失。
4. 4
散射作用：空中弥散大量微小尘埃和空气分子选择性吸收可见光中的蓝紫光。
较大颗粒的尘埃通过无选择散射削弱太阳辐射。
上述反射和散射贡献占比约34%。
5. 5
地面吸收太阳辐射，占比大概47%。
END
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大气遥感第三章：太阳辐射在大气中的吸收和散射1
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• 它是在大气温度变化范围内唯一可以发生相变 的成分。由于水的三态都善于吸收和放射红外 辐射，因而对地面和空气的温度变化也有一定 的影响。
大气遥感
水汽的吸收系数
(m) kl,w (m-1) (m) kl,w (m-1) (m) kl,w (m-1)
0.691.6源自0.9327001.85
220000
0.84
15.5
1.4
110000
3.2
10000
0.85
0.3
1.45
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0.86
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1.55
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大气对太阳光的三种作用
大气对太阳光的三种作用太阳光是地球上最重要的能源之一，它对地球的照射有着重要的影响。
而大气作为太阳光传播的媒介，对太阳光起着至关重要的作用。
大气对太阳光的作用主要有三种，分别是散射、吸收和透射。
散射是大气对太阳光的一种重要作用。
当太阳光穿过大气层时，会与大气中的分子和颗粒发生碰撞，使光线改变方向并散射到各个方向。
这种散射现象使得天空呈现出蓝色或其他颜色。
根据散射光的波长不同，可以解释为什么天空在不同时间呈现出不同的颜色，比如黄昏时的红色。
大气对太阳光的吸收也是非常重要的。
太阳光中的一部分能量会被大气层吸收，其中主要是被大气中的气体分子吸收。
气体分子对太阳光的吸收会导致大气层局部温度升高，进而引起大气的垂直运动，从而形成气象现象，如对流层中的对流运动和对流云的形成。
此外，大气层吸收太阳光中的紫外线辐射也起到了一定的保护作用，防止紫外线过多地照射到地球表面，对生物和环境造成伤害。
大气对太阳光的透射也是一种重要作用。
透射是指太阳光穿过大气层直接到达地球表面的过程。
透射光的强度取决于大气的透明度，即大气中的杂质和污染物的含量。
透射光对地球上的生物活动和气候变化具有重要影响。
透射光中的可见光和红外线辐射对植物的光合作用和地表温度的分布起着重要作用，而紫外线则对臭氧层的形成和破坏具有重要影响。
总结起来，大气对太阳光的作用主要包括散射、吸收和透射三个方面。
散射使天空呈现出不同的颜色，吸收使大气层产生局部温度升高和垂直运动，透射光直接影响地球上的生物活动和气候变化。
这些作用使得大气层成为了太阳光传播的重要媒介，对地球上的生命和环境有着重要的影响。
通过深入了解大气对太阳光的作用，我们能更好地理解和应对气候变化和环境保护的问题。
大气对光吸收、散射
气体分子吸收光谱
• 线型光谱 很窄分立的吸收线 • 带型光谱 靠很近的吸收线 • 连续光谱 在一个很宽的波长范围内存在较
大的吸收
• 线型光谱的加宽机制
谱线的轮廓与谱线变宽
原子结构较分子结构简
单，理论上应产生线状光
谱吸收线。
实际上用特征吸收频率
辐射光照射时，获得一峰
形吸收(具有一定宽度)。
由：It=I0e-Kvb ， 透射 光强度 It和吸收系数及
• (3)在散射的前半球和后半球具有相同的 散射强度
• (4)90度方向的散射光几乎是全徧振的．
分子偶极子的辐射
• 单个分子是最简单的电磁波辐射源，吸收 电磁波，辐射电磁波。
• 分子是散射能的点源，由于散射过程时间 很短，此时，外界入射波可以忽略不计。 散射波的发射过程如同没有入射波存在一 样。
瑞利散射机制模型
光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸 收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重。 （5）场致变宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁 场的作用使谱线变宽的现象；影响较小；
在一般分析条件下ΔVo为主。
• 碘吸收稳频的532nmNd：YAG激光是国际 米定义委员会推荐的激光频率标准之一[1]。 1975年国际上正式采用由激光频率和波长 测量得到真空中光速值为国际推荐值。
• 激光雷达信号的强度直接和散射系数相关。 • 由于其运动速度不同，激光照射后后向散
射的的光谱加宽不同。 • 根据光谱形状的不同，可以把大气后向散
射信号分开，分别得到分子和气溶胶的色 性
瑞利散射的特征
• (1)散射光的强度和波长的四次方成反比， 因此晴朗天空基本上是蓝色而十是太阳光 的颜色：
• (2)散射光的空间分布与观测方向有一个 简单的关系，
光的散射和吸收
光的散射和吸收光，作为一种电磁辐射，是人们日常生活中不可或缺的一部分。
当光线在我们周围的物体上遇到时，会发生两个主要的现象：散射和吸收。
这些现象的理解对于解释光的行为以及我们对物体的观察具有重要意义。
光的散射是指光线在与物体碰撞后改变原来的方向的过程。
这种碰撞发生在物体表面的原子或分子与光的电场相互作用时。
相较于其他波长的光，蓝光的散射更明显。
这是由于蓝光具有较短的波长，因此其光子和物体表面的原子或分子之间的相互作用更为强烈。
散射现象的典型例子就是蓝天。
当太阳光穿过大气层时，其光线与大气中的空气分子发生碰撞，导致光的散射。
由于蓝光的散射比其他颜色的光更强，所以我们在白天看到的是蓝天。
这也解释了为什么在日出和日落时，太阳光经过更长的路径穿过大气层，蓝光会减弱，而红光则更容易穿过，给予我们美丽的红色余辉。
除了散射，光还可以被物体吸收。
当光射向物体表面时，部分能量会被物体吸收，并转化为热能。
这就是我们能够感受到物体温暖的原因。
吸收光的程度与物体的颜色有关。
例如，黑色物体吸收光的能力更强，而白色物体则比较容易反射光线。
吸收光的现象巧妙地被应用于许多日常用品中。
智能手机和平板电脑的屏幕，由于其特殊的材料和结构，能够吸收多余的光线，使得屏幕显示更加清晰。
类似地，太阳能电池板的设计也是利用光的吸收来将光能转化为电能。
不仅如此，物体的颜色和光的吸收有着密切的联系。
颜色是由光线反射的结果。
当光射向物体表面时，根据物体表面材料的不同，不同波长的光将以不同的方式反射。
我们所看到的颜色，实际上是所映射的波长被物体表面反射出来的结果。
总之，光的散射和吸收是光与物体碰撞时产生的两种现象。
散射导致我们观察到蓝天和美丽的日落景色，而吸收则使得物体能够转化光能为其他形式的能量。
理解光的散射和吸收不仅能帮助我们解释大自然现象，还应用于各个领域的科技创新。
对于深入探索光与物质的相互作用和光在日常生活中的重要性，我们还有很多需要学习和了解的地方。
高中地理大气运动的知识点最新
高中地理大气运动的知识点最新大气运动是指不同地区，不同高度之间的大气进行热量，动量，水分的互相交换;不同性质的空气得以相互交流，并以此形成各种天气现象和天气变化的总称。
下面小编给大家分享一些高中地理大气运动的知识点最新，希望能够帮助大家，欢迎阅读!高中地理大气运动知识点总结1、对流层的特点：①随高度增加气温降低;②大气对流运动(12km)显著;③天气复杂多变。
2、平流层的特点：①随高度增加温度升高;②大气平稳，以水准运动为主，有利於高空飞行。
3、大气的热力过程：太阳辐射--地面增温--地面辐射--大气增温--大气(逆)辐射--大气保温4、大气对太阳辐射的削弱作用：吸收、反射、散射。
5、太阳辐射(光照)与天气、地势关系：晴朗的天气、地势高空气稀薄，光照越强;我国太阳能的分布青藏高原最高，四川盆地最低。
6、大气的保温效应：强烈吸收地面长波辐射，并通过大气逆辐射把热量还给地面。
7、气温与天气：白天多云，气温不高(云层反射作用强);夜晚多云，气温较高(大气逆辐射强)。
8、气温的垂直分布：对流层气温随高度的增加而递减9、气温的水准分布：①纬度分布：纬度越高，气温越低，我国热量最丰富的地区：海南岛②海陆分布：夏季陆地>海洋，冬季海洋>陆地;③气温高的地方，等温线向高纬凸出，反之，气温低的地方，等温线向低纬凸出。
10、气温年较差：①影响因素：海陆热力性质;地表植被水分状况;云雨多少。
②变化规律：内陆>沿海，大陆性气候>海洋性气候，裸地>草地>林地>湖泊，晴天>阴天。
1、热力环流的性质特点(1)水准方向相邻地面热的地方——垂直气流上升――低气压(气旋)——阴雨(2)水准方向相邻地面冷的地方——垂直气流下沉――高气压(反气旋)——晴朗(3)垂直方向的气温气压分布：随海拔升高，虽然气温降低，但是空气变稀，气压降低。
(4)来自低纬的气流——暖湿 (5)来自高纬的气流——冷干(6)来自海洋的气流——湿 (7)来自大陆的气流(离陆风)——干(8)两种性质不同的气流相遇——锋面——阴雨、风2、水准方向气压与气温：近地面，气温高，空气膨胀上升，地面形成低压;反之，气温低，近地面的空气收缩下沉，地面形成高压。
大气光学知识点总结大全
大气光学知识点总结大全一、大气光学基础知识1. 光的传播特性光在地球大气中的传播受多种因素影响，包括折射、散射、吸收、色散等。
这些影响因素会导致光的传播方向、强度和频谱发生变化，对于光学系统的设计和应用都具有重要意义。
2. 大气介质地球大气是光学器件的一个重要参考介质，其密度、温度、湿度等参数对光学系统的性能有着重要影响。
了解大气介质的特性，对于光学系统的设计和定位至关重要。
3. 光的散射和吸收大气中的气体、气溶胶和云等对光的散射和吸收现象在大气光学中占据着重要位置。
它们会影响光的传播路径和范围，对于气象、环境、通信等方面都有重要意义。
4. 大气透明度大气透明度是指大气对可见光的透射率，它受大气中的气体、颗粒和水汽含量等因素的影响。
了解大气透明度对于天文观测、遥感探测等有着重要的意义。
5. 大气湍流大气湍流是指大气中由温度、密度、风速等不均匀性引起的湍流运动现象。
它会导致大气中的光场发生畸变，对光学系统的分辨率和性能都具有重要影响。
二、大气光学技术与应用1. 大气光学探测技术大气光学探测技术是指利用光学方法对大气进行观测和监测的技术。
包括大气透明度测量、大气散射与吸收特性研究、大气湍流分析等。
这些技术对于气象、环境监测等领域具有重要的应用价值。
2. 望远镜大气校正技术望远镜是天文观测和遥感探测中常用的光学设备，但由于大气的影响，其分辨率和成像质量会受到影响。
大气校正技术是指利用大气光学原理对望远镜成像进行补偿和校正的技术，使得成像质量更加清晰和准确。
3. 大气折射校正技术激光通信、光电远程探测等领域需要通过大气进行信息传输，但由于大气折射效应的影响，光信号会发生偏移和扩散。
大气折射校正技术是指利用大气光学原理对光信号进行校正和补偿的技术，使得光信号传输更加可靠和稳定。
4. 大气光学遥感技术大气光学遥感技术是利用光学方法对大气成分、温度、湿度等参数进行遥感探测的技术。
包括红外遥感、紫外遥感、光谱遥感等方法，对于环境、气象、气候等领域都有着重要的应用价值。
大气对光吸收、散射
03 光散射
散射原理
光的波动性
光在传播过程中遇到微小颗粒时，会因为波动的性质而发生散射。
散射方向
散射光线的方向与入射光线方向成正比，且散射强度与波长的四 次方成反比。
散射系数
散射系数是描述散射能力的一个参数，与颗粒的大小、形状和密 度等因素有关。
散射类型
瑞利散射
当颗粒直径远小于入射光波长时， 发生的散射称为瑞利散射，天空 呈现蓝色就是由于瑞利散射。
大气污染监测
大气对光的吸收和散射特性也可以用于监测大气污染。当大气中含有污染物时，这些污染物会吸收和散射光线，导致光的强度 和颜色发生变化。通过测量这些变化，可以确定污染物的种类和浓度，从而采取相应的措施来减少污染。
光学仪器校正
大气对光的吸收和散射特性还可以用于 校正光学仪器。在某些情况下，光学仪 器（如望远镜、相机等）可能会受到大 气的影响，导致图像失真。通过了解和 利用大气对光的吸收和散射特性，可以 校正这些光学仪器，提高图像的清晰度
应对气候变化对光的挑战
为了应对气候变化对光的挑战，需要采取一系列措施。例如，减少大气中颗粒物排放、增 加城市绿化、调整行业结构和布局等，以改善光照条件和提高能源利用效率。
05 应用与实例
天气预报
大气对光的吸收和散射特性可以影响天气预报的准确 性。通过研究大气中不同成分对光的吸收和散射作用， 气象学家可以更准确地预测天气状况，如晴天、阴天、 雨天等。
米氏散射
当颗粒直径与入射光波长相当或 略大时，发生的散射称为米氏散 射，天空呈现白色就是由于米氏 散射。
几何散射
当颗粒直径远大于入射光波长时， 发生的散射称为几何散射，常用 于描述大气中大颗粒物的散射。
散射对光的影响
1 2
大气对太阳的削弱作用
大气对太阳的削弱作用
太阳是地球上最重要的能源来源，它的能量支撑着地球上的生命活动。
然而，太阳的能量并不是完全到达地球表面的，大气层对太阳的辐射有着很大的削弱作用。
大气层是由气体、水汽和微粒组成的，它们对太阳辐射的吸收、散射和反射都会影响太阳能量的到达地球表面。
其中，大气层对太阳辐射的吸收是最主要的因素。
大气层中的气体和水汽能够吸收太阳辐射中的一部分能量，这些能量被吸收后会被转化为热能，从而使大气层温度升高。
这种吸收作用对太阳辐射的削弱作用非常显著，约有30%的太阳辐射被大气层吸收。
除了吸收作用，大气层还会对太阳辐射进行散射和反射。
大气层中的微粒和气体会将太阳辐射散射到各个方向，这种散射作用会使太阳辐射的强度变弱。
此外，大气层中的云层也会反射太阳辐射，这种反射作用同样会使太阳辐射的强度变弱。
大气层对太阳辐射的削弱作用对地球上的生命活动有着重要的影响。
太阳辐射的强度和分布对地球上的气候、水循环、植被生长等都有着重要的影响。
大气层的存在使得太阳辐射的强度和分布变得更加复杂，这也使得地球上的生态系统变得更加复杂和多样化。
大气层对太阳的削弱作用是不可避免的，它使得太阳辐射的强度和分布变得更加复杂，同时也对地球上的生态系统产生了重要的影响。
我们需要更加深入地研究大气层对太阳辐射的影响，以便更好地理解地球上的生态系统和气候变化。
光的吸收与散射现象
光的吸收与散射现象光，作为我们生活中不可或缺的一部分，是人类感知世界的重要途径之一。
然而，我们对光的吸收与散射的了解却相对较少。
本文将探讨光的吸收与散射现象，带领读者进一步了解光的奥秘。
光的吸收是指光线在物体表面发生分子含能量的相互作用，转化成物体内部分子和原子的热、电、化学能量过程。
吸收光的物体会将光能转化为其他形式的能量，在这个过程中，光能被物质吸收，而物质则会发生相应的变化。
吸收光的过程主要包括两个方面：物质对光的反射以及物质对光的吸收。
反射是指入射光线在物体表面发生改变方向的现象。
当光线入射到物体表面时，物体表面上的分子会对光线的能量进行重新分配，一部分光线会反射回来，而另一部分则会被吸收。
物体的颜色就是由它所反射的光决定的。
例如，我们看到红色的物体是因为它吸收了所有颜色的光，只反射红色光给我们的眼睛。
而光的吸收是指光线进入物体后，与物体内部的分子相互作用，光的能量被物质吸收并转化为其他形式的能量。
这也是为什么黑色的物体看起来比较暗，因为黑色物体能够吸收所有的光线，不会反射光线给人眼。
另外一个重要的现象是散射。
散射是指光线在穿过物体时，与物体内部的颗粒或分子相互作用，导致光线改变方向的现象。
当光线遇到物体内部的颗粒或分子时，它们会散射入各个方向，导致光线的传播路径改变。
这也是为什么我们能够看到非透明物体的原因。
在空气中，太阳光照射到云层上就会发生散射，使得天空呈现出蓝色。
这是因为大气中的气体分子对太阳光进行散射，而散射到我们眼中的是蓝光的波长。
同时，散射也是为什么我们可以看到烟雾、雾霾等气溶胶物质的原因。
这些微粒会将来自太阳或其他光源的光线散射到各个方向，使得我们能够看到它们的存在。
除了散射，与光的吸收不同，物质对光的发射也是一个重要的光学现象。
光的发射是指物体吸收光能量后重新发出光的过程。
这个过程可以发生在高温下，如太阳或其他热源，也可以发生在低温下，如荧光或磷光。
总之，光的吸收与散射现象在我们日常生活中起着重要的作用。
大气透视的描述
大气透视的描述
大气透视是一种视觉现象，指的是当我们观察远处的物体时，由于大气中的气体和微粒对光线的散射和吸收作用，使得物体的颜色、对比度和清晰度会随着距离的增加而逐渐减弱的现象。
具体来说，当光线穿过大气层时，会与大气中的气体分子（如氮气、氧气等）以及微小的颗粒（如灰尘、水蒸气等）相互作用。
这些相互作用会导致光线在不同方向上发生散射，使得光线的传播方向发生改变。
因此，当我们观察远处的物体时，接收到的光线实际上是来自不同方向的散射光的综合。
随着距离的增加，光线需要穿过更多的大气层，经历更多的散射和吸收，导致物体的颜色和对比度逐渐降低，变得模糊不清。
这就是为什么远处的物体看起来会比较暗淡、模糊，而近处的物体则更加清晰、鲜艳。
大气透视现象对于视觉感知和绘画、摄影等艺术领域都有重要的影响。
艺术家们常常利用大气透视来表现远近距离的差异，营造出画面的深度和空间感。
在现实生活中，了解大气透视也有助于我们更好地理解和解释远处物体的视觉效果。
第三章：太阳辐射在大气中的吸收和散射2
第三章 太阳辐射在大气中的 吸收和散射
1
大气遥感
第二节 大气吸收
吸收截面，吸收系数 太阳辐射—短波辐射：0.15~4.0mm (UV,VIS,IR) 地气辐射—长波辐射：4.0~120mm (IR)
• 3.2.1 紫外吸收带
• 3.2.2 可见光和红外吸收带
• 3.2.3 微波吸收
• 3.2.4 窗区吸收
k ,o (m-1 ) 1.7 2.1 2.5 3 3.5 4 4.5 4.8 5.7 6.3 7 7.5 8 8.5 9.5 10.3 11 12 12.2 12 11.8 11.5
(mm) 0.29 0.295 0.3 0.305 0.31 0.315 0.32 0.325 0.33 0.335 0.34 0.345 0.35 0.355 0.445 0.45 0.455 0.46 0.465 0.47 0.475 0.48
k ( z ) d l m ( ) (0) k ( z ) dz
( )
11
大气遥感
在均质 平面平行大气中，简单地有 dl = sec dz， 且 sec 为常数，可移至积分号以外，因此大气 质量即为 sec 而与k (z) 无关。但在又折射、 密度随高度变化的球面分层大气中，大气质量 m的计算就要复杂得多。（与地面大气密度， 均质大气高度。地球半径，折射率随z的变化， 天顶角有关）
地球半径折射率随z的变化天顶角有关从图中可以看到对同样厚度的一层大气由于它离地面的高度不同dl与dz的比值是不相随高度有不同的分布当k值在低层较大而那里的dl值也较大这样分子上的积分值就会较大反之如果k因此对二种具有不同垂直分布特征的吸收气体即使对垂直路径而言吸收的光学厚度是相同的但对吸收气体主要分布在高空的气体其大气质量会小于主要集中在低层的吸收气体
大气相对湿度对太阳辐射吸收和散射的影响
大气相对湿度对太阳辐射吸收和散射的影响太阳辐射是地球上一切生物生存的重要能源之一。
然而，大气相对湿度对太阳辐射的吸收和散射有着重要而复杂的影响。
理解这种影响，对于我们更好地理解气候变化以及相关的环境问题至关重要。
首先，我们需要了解大气相对湿度的概念。
大气相对湿度是指空气中所含水蒸气的含量相对于该温度下的饱和含量的百分比。
在不同的天气条件下，大气相对湿度的值会有所不同。
较高的大气相对湿度表示空气中所含水蒸气的含量相对较高，而较低的大气相对湿度则表示空气中所含水蒸气的含量相对较低。
当太阳辐射经过大气层时，大气相对湿度对其吸收和散射产生重要影响。
首先，大气中的水蒸气是一个强大的吸收剂。
当大气中的相对湿度增加时，水蒸气的含量增加，从而增加了大气对太阳辐射的吸收。
这意味着较高的大气相对湿度会减少太阳辐射到达地表的数量，导致地表得到的能量较少。
其次，大气相对湿度还会影响太阳辐射的散射。
散射是指太阳辐射在大气分子和空气微粒上的碰撞后的随机分散。
大气中的水蒸气和气溶胶是太阳辐射的散射源。
当大气中的相对湿度增加时，水蒸气的含量增加，同时会导致气溶胶的增加。
这些气溶胶和水蒸气会散射太阳辐射，将其中的一部分能量分散到大气中。
因此，较高的大气相对湿度意味着更多的太阳辐射被散射，从而减少了太阳辐射到达地表的数量。
此外，大气相对湿度还对太阳辐射的传输和扩散产生影响。
大气中的水蒸气具有光学厚度，这意味着水蒸气能够吸收特定波长的太阳辐射，从而减弱了太阳辐射的穿透能力。
因此，较高的大气相对湿度会增加水蒸气的光学厚度，并降低太阳辐射到地表的能量。
此外，大气中的水蒸气还会引起光的散射，使得太阳辐射在大气中扩散，从而减弱了太阳辐射的强度。
综上所述，大气相对湿度是影响太阳辐射吸收和散射的重要因素。
较高的大气相对湿度会增加对太阳辐射的吸收和散射，从而减少太阳辐射到达地表的数量。
因此，研究大气相对湿度的变化对于我们更好地了解气候变化以及相关的环境问题具有重要意义。
第三章：太阳辐射在大气中的吸收和散射3
e dz'
z
（3.4.4）
• 方程（3.4.2）可改写为： dI ( ; , ) I ( ; , ) J ( ; , ) （3.4.5） d • 式中源函数为
• 由此可见主导漫射强度传输的基本参数是消光系数（或 光学厚度）、单散射反照率，以及相函数。
21
（3.5.1a）
大气遥感
• 由于吸收作用，净通量密度由高层项低层逐渐 减小。于是，净通量密度的损耗，即微分层净 通量密度的散度为 • ΔF(z) = F(z) F( z + Δz ) （3.5.1b）
因为能量守恒，吸收的辐射能必定用于加热该层。 因此，由于辐射传输而得到的加热，按照温度 变化率来表达： ΔF(z) = Cp Δz
P I • 式中： 0 是入射强度； () 是相函数； eff 是散射发生的
有效立体角；r 是粒子和观测者之间的距离； s 是 散射截面；4 是整个球体空间的立体角。
4
大气遥感
• 散射截面σs可由球体光散射的洛伦茨-米散射理 论导出，可以写成下列展开式： • σs /a2 = Qs = c1 x4 (1 + c2 x2 + c3 x4 + … ) • 式中a是半径； Qs 称为散射效率, x 2a / • 粒子在无吸收情况下的系数
4 2
2
5
大气遥感
几何光学
• sinθi /sinθt = υ1/υ2 = m m是第二种介质相对于第一种介质的折射率。 • 按照遥感平台分：地面遥感（地基雷达） 、航 空、航天（卫星） 、航宇遥感。
– 地基遥感：要考虑地球-大气曲率及大气折射 – 航天遥感：视大气为平面平行大气。从这个理论角 度看，地基探测要复杂一些。
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• (4)90度方向的散射光几乎是全徧振的．
分子偶极子的辐射
• 单个分子是最简单的电磁波辐射源，吸收 电磁波，辐射电磁波。
• 分子是散射能的点源，由于散射过程时间 很短，此时，外界入射波可以忽略不计。 散射波的发射过程如同没有入射波存在一 样。
瑞利散射机制模型
• 电磁波在单位时间内通过垂直于传播方向单 位面积的能流或平均功率由poynting矢量决 定，其中E0为电场的最大值
• 计算处Poynting矢量的大小为： • 这个次波的平均功率由外电场引入的电偶极
矩确定。转化成波长的形式就是：
将平均功率转化为散射通量强度
VD7.162107V0
T M
（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL
由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹（Lorentz）变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略 （4）自吸变宽
模型中的假设
• 不离子化，总体上没有净电荷，在电场中 总体不受力
• 无极化，负电荷均匀的分布在球壳上，因 此也可以看作对应的对称中心
• 各向同性，束缚力的弹性系数在各个方向 上相同，不会有振动最强的方向。
• 线性和弱阻尼性，离共振频率较远的地方 振幅小，谐振频率部位阻尼所变。
正负电荷位移形成偶极矩
偶极子对外辐射
• 分子电子电荷的来回运动是宏观尺度中赫兹偶极 子天线中电流运动的一个小尺度模拟，向外发射 电磁波，在几个波长以外，辐射是一个向外传输 的球面波。考虑电偶极矩的最大值，
• 根据Frank的工作，次波电矢量的瞬时值为
• Ø为偶极子方向和观察方向的夹角，R为沿这个方 向的距离，由于sinø这一因子的存在使得在电偶 极子方向上没有电磁辐射
气体分子吸收光谱
线 • 连续光谱 在一个很宽的波长范围内存在较
大的吸收
• 线型光谱的加宽机制
谱线的轮廓与谱线变宽
原子结构较分子结构简
单，理论上应产生线状光
谱吸收线。
实际上用特征吸收频率
辐射光照射时，获得一峰
形吸收(具有一定宽度)。
由：It=I0e-Kvb ， 透射 光强度 It和吸收系数及
• 激光雷达信号的强度直接和散射系数相关。 • 由于其运动速度不同，激光照射后后向散
射的的光谱加宽不同。 • 根据光谱形状的不同，可以把大气后向散
射信号分开，分别得到分子和气溶胶的色 性
瑞利散射的特征
• (1)散射光的强度和波长的四次方成反比， 因此晴朗天空基本上是蓝色而十是太阳光 的颜色：
• (2)散射光的空间分布与观测方向有一个 简单的关系，
• 辐射在大气中传输 辐射在大气中传输时，由于同大气分子与气溶
胶粒子之间的相互作用而产生一系列的效应，这 些效应使辐射衰减，但同时也为我们提供了丰富 的信息，成为大气遥感的基础。
• 物质的辐射特性可由其反射率ρ，吸收率α， 透过率τ，其都为介于0-1的无量纲数值。
布给定律
0
z
z+dz
z
l
大气光谱的透过率
光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸 收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重。 （5）场致变宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁 场的作用使谱线变宽的现象；影响较小；
在一般分析条件下ΔVo为主。
• 碘吸收稳频的532nmNd：YAG激光是国际 米定义委员会推荐的激光频率标准之一[1]。 1975年国际上正式采用由激光频率和波长 测量得到真空中光速值为国际推荐值。
分立吸收线及其展宽
谱带吸收
• 分子的振动-转动或者甚至在很窄的吸收带 内可能含有数十条或数百条以上的吸收线， 虽然每条吸收线都有其确定的参数，但要 找出这个普代总吸收的分析形式是极其困 难的，解决的办法之一是进行逐线积分， 存在的误差5～10%。
大气对太阳辐射的吸收光谱
大气散射
• 包括瑞利散射和Mie散射，散射源分别是大 气中的分子与大气中的气溶胶。
• 中心不动，质量大，则电子谐振，其角频 率为：
• K为弹性系数，m为电子质量
（1）
•
（2）
（3） （4）
典型的振动频率
• r为1×10-10米，可以得到典型的振动波长 为：
• 当假设分子只有一个电子的话，其辐射处 在近紫外波段。
实际情况
• 不止一个振子参与震荡，总的频率将与振 动电子数的平方根增加，
• 无电场作用时，正负电荷重合
• 在外电场作用下，不重合形成极性分子， 这种极化是所有反射和折射的基础。
• 电场力与弹性力平衡，当电场周期性的变 化是，偶极距与外电场同步，振动，
• 各向同性，振动方向总和与入射波保持一 直，又分子的尺寸远远小于波长，因此， 分子范围内的瞬时相位可以认为是相同的。
散射体的自振和共振频率
• 理想无阻尼的振子，当达到谐振时，其振 幅将无穷大，对一个振动偶极子存在一定 的阻尼，使振幅限于一定的范围，并稍微 使谐振频率加宽。
偶极距及次波
• 当有外来电磁波时，电子受力为：
• 由于阻尼足够小，忽略之，则有：
分子偶极矩的几何图形
二阶一元微分方程
• 其稳态解为：
• 振动的负电荷与相对静止的正电荷构成一 个平行于入射波电场矢量的偶极距P，P的 大小为：
大气与光的相互作用
卜令兵
主要内容
• 大气辐射吸收 • 散射
– 分子散射 – 气溶胶散射
• 光谱加宽 • 散射系数
一 大气辐射传输概述
• 大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式 向外放射能量。大气这种向外放射能量的方式， 称为大气辐射。由于大气本身的温度也低，放射 的辐射能的波长较长，故也称为大气长波辐射 （约3～120微米） ）。
辐射频率有关。
以Kv与 作图：
表征吸收线轮廓(峰)的参数： 中心频率O(峰值频率) ： 最大吸收系数对应的频率；
中心波长：λ(nm)
半 宽 度：ΔO
吸收峰变宽原因：
（1）自然宽度
照射光具有一定的宽度。 （2）温度变宽（多普勒变宽） ΔVo
多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方 向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止 原子所发的频率低，反之，高。