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關(guān)閉窗口 因?yàn)榇髿夤鈱W(xué)和許多光學(xué)(包括紅外激光)工程的研制有密切的關(guān)系，所以它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中都有重要地位。
大氣光學(xué)的發(fā)展歷史
某些大氣光學(xué)現(xiàn)象常常是天氣現(xiàn)象的前兆，因此自古以來(lái)，大氣的光學(xué)現(xiàn)象就引起人們了的注意。中國(guó)遠(yuǎn)在3000多年以前的殷墟甲骨文中，就有關(guān)于虹的記載，《詩(shī)經(jīng)》中也寫(xiě)到過(guò)“朝臍于西，崇朝其雨”，意為早晨太陽(yáng)東升時(shí)，如果西方出現(xiàn)了虹，到中午就要下雨了。關(guān)于暈、寶光環(huán)、海市蜃樓等大氣光象，中國(guó)古代都有觀測(cè)和解釋。
而大氣光學(xué)作為現(xiàn)代科學(xué)的研究和發(fā)展，則和光學(xué)的研究進(jìn)展有著密切的聯(lián)系。19世紀(jì)末，英國(guó)科學(xué)家瑞利首先解釋了天空的藍(lán)色：在清潔大氣中，起主要散射作用的是大氣氣體分子的密度漲落。分子散射的光強(qiáng)度和入射波長(zhǎng)四次方成反比，因此在發(fā)生大氣分子散射的日光中，紫、藍(lán)和青色彩光比綠、黃、橙和紅色彩光為強(qiáng)，最后綜合效果使天穹呈現(xiàn)藍(lán)色。從而建立了瑞利散射理論。
20世紀(jì)初，德國(guó)科學(xué)家米從電磁理論出發(fā)，進(jìn)一步解決了均勻球形粒子的散射問(wèn)題，建立了米散射理論。這兩個(gè)理論能夠解釋許多大氣光象。60年代激光的出現(xiàn)，使光學(xué)大氣遙感得到迅速的發(fā)展。以激光大氣遙感為重點(diǎn)的光學(xué)大氣遙感，已發(fā)展成為大氣遙感的重要分支。衛(wèi)星遙感對(duì)大氣透明度的要求，吸收光譜法和激光光譜學(xué)的發(fā)展，也有力地促進(jìn)了高分辨率大氣吸收光譜的研究。
大氣光學(xué)的內(nèi)容
大氣光學(xué)首先研究大氣折射、大氣散射等的基本規(guī)律，它們是大氣光學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)的一部分；而后是對(duì)大氣光學(xué)特性的研究，如大氣消光、大氣吸收、大氣能見(jiàn)度、大氣渾濁度、大氣透明度、天空亮度等；另外大氣光象還研究包括朝晚霞、曙暮光、天空顏色等大氣光象，虹、暈、華等云中光象，并研究它們的成因，以及它們與大氣狀態(tài)和天氣過(guò)程之間的聯(lián)系。
大氣中的光現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中，并用肉眼所能直接感覺(jué)到的光現(xiàn)象。它可以分為三類：
首先是光在大氣中的折射引起的光現(xiàn)象。當(dāng)光線入射到低層大氣時(shí)，由于光線折射，改變了徑跡，這樣在水平面以上，天體和物體的實(shí)際高度角與測(cè)出的高度角有明顯的差異，即所謂天文折射和地球折射現(xiàn)象。一旦大氣密度出現(xiàn)異常分布，使來(lái)自遠(yuǎn)處目標(biāo)物的光線在另一高度發(fā)生全反射，那么除能看到本身實(shí)物外，還可以看到它的反射像，這就是我們通常稱為的“海市蜃樓”。
其次是大氣散射引起的光現(xiàn)象。天穹色彩的變化就是大氣散射引起的光現(xiàn)象之一，比如清潔的大氣使天穹呈現(xiàn)藍(lán)色。當(dāng)大氣十分渾濁、大氣中懸浮粒子大量增加時(shí)，天穹呈現(xiàn)青灰色，在天邊甚至出現(xiàn)不透明的灰白色。曙暮光是大氣散射的另一現(xiàn)象。當(dāng)太陽(yáng)在地平面以下時(shí)，太陽(yáng)光無(wú)法直接到達(dá)地面，但是它能照亮地面以上的大氣層，使天空明亮。曙暮光指的就是黎明和黃昏這段時(shí)間的光亮。
還有就是大粒子(如水滴、冰晶等)對(duì)光的折射、反射與衍射引起的光現(xiàn)象，最常見(jiàn)的有虹、華和暈。虹是由于太陽(yáng)光線在大氣水滴里的折射與反射產(chǎn)生的圍繞反日點(diǎn)的彩色圓弧；華是由于云中的水滴與冰針?lè)謩e起小孔與狹縫的作用，使光衍射引起的圍繞太陽(yáng)(或月亮)的許多彩色圓環(huán)；暈是由于太陽(yáng)(或月亮)光在冰晶上折射與反射引起的一系列光學(xué)現(xiàn)象的總稱。根據(jù)著色的性質(zhì)，有由于折射而引起的略帶色彩的暈(如彩虹圓環(huán)、幻日等)以及由反射引起的白色暈(如水平環(huán)、側(cè)日等)之分。
能見(jiàn)度是指人眼在大氣中觀察到的最遠(yuǎn)距離。它取決于下列各種因素，如物體和背景的屬性、物體和背景照度的屬性、大氣屬性以及觀測(cè)儀器(包括肉眼)的屬性等等。
近幾年來(lái)發(fā)展了一種能見(jiàn)度儀，它直接測(cè)量大氣透過(guò)率和背景亮度等氣象要素，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合分析來(lái)計(jì)算能見(jiàn)距離。該儀器可以比較客觀地反映大氣實(shí)際的能見(jiàn)度，目前在一些機(jī)場(chǎng)已被采用。
天空背景是指來(lái)自天空的向下輻射通量，其中包括大氣和云對(duì)太陽(yáng)光的散射輻射以及大氣氣體的自發(fā)輻射，夜間還包括少量的月光和星光的散射。
一般而言，對(duì)太陽(yáng)光的散射輻射主要集中在短波部分。在晴天，最大輻射通量的波長(zhǎng)為0.45微米左右，而氣體的自發(fā)輻射主要集中在長(zhǎng)波部分，最大輻射通量的波長(zhǎng)為10.5微米左右。天空背景輻射通量的大小及其空間分布是十分復(fù)雜的，它主要取決于幾種影響因子的組合。這些影響因子包括太陽(yáng)的高度、下墊面的反射率、觀測(cè)點(diǎn)離地面的高度、云量、云狀、大氣透明度以及大氣狀態(tài)等。
光在大氣中的傳輸性能是指光波通過(guò)大氣所引起的光學(xué)特性的變化。它主要包括由于大氣散射與吸收造成的輻射能量損失的大氣衰減；由于大氣折射率的隨機(jī)起伏造成的光束的光強(qiáng)起伏(閃爍)、漂移擴(kuò)展以及相干性破壞等的大氣湍流效應(yīng)；以及光在大氣中傳輸?shù)姆蔷�性光學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)必須在強(qiáng)激光傳輸中才能顯示出來(lái)，因此又稱為強(qiáng)激光大氣傳輸?shù)姆蔷�性效應(yīng)。
根據(jù)大氣光學(xué)現(xiàn)象以及光的傳輸特性，利用自然光或人工光源可以遙感大氣某些物理量。例如對(duì)太陽(yáng)輻射衰減的測(cè)量確定斜程大氣的混濁度；通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光紫外輻射衰減的測(cè)量，確定大氣臭氧的總量；利用多波長(zhǎng)紅外輻射計(jì)測(cè)量太陽(yáng)的散射輻射強(qiáng)度，可以推斷整層大氣氣溶膠濃度與譜分布等等。
大氣光學(xué)的理論和光波傳播的規(guī)律，在大氣輻射學(xué)環(huán)境科學(xué)、天氣預(yù)報(bào)、天文、航空、遙感等許多方面，已得到廣泛的應(yīng)用。隨著紅外和激光技術(shù)的迅速發(fā)展，近幾年來(lái)大氣光學(xué)的研究迅速的開(kāi)展起來(lái)。目前和今后一段時(shí)間內(nèi)，大氣氣體分子高分辨率吸收光譜的研究、大氣氣溶膠光學(xué)特性的研究、強(qiáng)湍流效應(yīng)的研究、云霧粒子的不同形狀對(duì)散射特性的影響及其多次散射的研究、激光和紅外大氣遙測(cè)的研究等方面將成為大氣光學(xué)的主要研究方向。
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