大气对光吸收、散射

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
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。

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。