第六讲.大气光学现象

大气科学导论 成气 南气 北大

大气科学导论

第6讲大气光象

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本节内容1.光传播特征 2.天色 3.大气光象

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日光特征

白色、彩色

太阳辐射大约50%的可见光，整体显示白色； 相互作用取决于：颜色、密度、组成以及光的波长。 视网膜内象天线一样的杆细胞和圆锥细胞。杆细胞区分黑白；圆锥细胞判断颜色 不能热到一定程度产生可见光辐射的物体也有色彩。 当我们看到颜色，一定有光达到我们的眼睛。

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1.光传播特征 反射 折射 散射 色散 衍射

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1.1反射

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1.2折射光线在密度较大的介质中速度较慢。当光线由密度较小的介质射入密度较大的介质时，方向发生偏转，称为折射。

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1.3散射

光线射到粒子时，光会由粒子向四面八方漫射出來，称散射。光的散射和粒子的大小有关。

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尺度数

x=2π r/λ散射和光的波长及粒子的大小有关：同样的波长的光，粒子小的时候，粒子会选择性的散射某个波段的光(瑞利散射),例如空气分子的大小 (0.001微米)对可见光主要散射紫、蓝色光，而灰尘(0.1微米)对可见光则主要散射红、黄色的光。粒子大的时候，粒子会均匀的散射各种光，也就是白色(米散射)。

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(1)瑞利散射(分子散射 x<<1时即r<l时)

ks,λ= Cλ

4

ks,0.4/ ks,0.7=9.4

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天色：红色

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天色：蓝色

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天色：白色

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天色：黑色没有大气，没有散射，天空黑色，太阳白色夜空黑色，因为蓝光散射弱

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(2)米散射 (大颗粒散射，0.1< x< 50即r散射效率因子Qs

λ时)

Qs=

σsπr2

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天色：气溶胶的影响典型云粒子典型大气气溶胶

红光散射比蓝光强

蓝光散射比红光强

所有色彩光散射相同

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MIE散射的例子

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(3)几何光学 (x>50时即r>>λ时的散射 )服从几何光学规律

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1.4色散

1672年，牛顿光传播速度(或折射率n=c/v)与波长有关

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1.5衍射

类似水波在石头周围的传播

相消干涉、相长干涉 光线弯曲与波长有关 粒子均一大小时，才可出现彩色

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2.天色 白昼蓝天 云：白色外观 厚云：灰黑色 霾：灰蒙蒙 雾：白茫茫 云隙的万箭光芒 星星闪烁

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2.1白昼天蓝

光在传播中如果遭遇微小的粒子，就会产生散射。粒子越小，散射的光越在短波的范围。 空气中充满了氧和氮的分子，它们的大小甚至於比短波的波长还短，散射出来的光都在紫、蓝、绿的范围。 在白天时，阳光经过比较薄的大气层，散射的结果就呈现到处都是蓝色的情景。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0v71.html