大氣的散射作用

1樓：中地數媒

太陽輻射通過大氣，與空氣分子、塵粒、水汽等相碰撞產生散射作用，由於光輻射的能量不高，均為彈性散射，即作用後只改變輻射的運動方向，而不損失能量。由於空氣中不同粒徑的分子成分與不同波長的光輻射作用，其散射作用可以分為瑞利散射和米氏散射。

2.4.2.1 瑞利散射

瑞利散射的特點是由於空氣分子粒徑遠小於輻射波長（約1/10），所以相碰時把分子的運動看成一個偶極子輻射，因此可以匯出，瑞利散射強度和散射係數：

環境地球物理學概論

式中：λ為入射太陽光輻射的波長；n為空氣中單位體積內的分子數；n為大氣的折射率。

由此可見，瑞利散射係數與波長的4次方成反比，波長增大，瑞利散射迅速減小，如圖2.4.2所示。

因此說瑞利散射主要是短波輻射遇到空氣分子粒徑比波長少很多的時候發生的散射，如雨後天晴，大氣中只有粒徑很小的空氣分子，這時的大氣中瑞利散射占主導地位（0.4 μm的藍光為主）青藍色的短波散射射線照亮天空是清潔空氣的象徵。

圖2.4.2 瑞利散射波長變化

瑞利散射射線分佈與（1+cos2φ）有關，為沿入射線方向呈正反向對稱分佈，再以入射線方向為軸旋轉一週呈啞鈴型，即為瑞利散射射線強度的三維分佈。根據計算，瑞利散射作用在可見光段損失能量約10%。散射照亮天空對遙感探測造成干擾。

2.4.2.2 米氏散射

米氏散射與瑞利散射不同。當空氣中含有粒徑大小與輻射波長相當的懸浮顆粒時，輻射與微粒作用，微粒上各點振動之間有一定的相位差，因此這樣的微粒振動不能用感生偶極子模型來描述。實際上是感生偶極矩、感生磁極矩等高次偶極矩的共同作用結果。

散射的對稱性（啞鈴型）被破壞，微粒直徑越大，偏離越嚴重。即入射線向前方向散射遠大於反向散射（呈燈泡狀分佈），這種散射現象稱米氏散射。

米氏散射，也可以用米氏散射係數km表示

環境地球物理學概論

式中：n為大氣單位體積中微粒數；k稱散射面積比，為q=2πa/λ的函式；a為微粒半徑。當微粒直徑比入射波長大很多時，散射強度與波長無關，即多次散射同時存在，使天空出現灰白色。

對水蒸氣散射形成為霧或雲的模型，可以認為其散射與波長無關，產生多種散射，或漫反射，說明空氣混濁，大氣的可見度很低。