大氣光學現象

大氣光學的理論和光波傳播的規律，在大氣輻射學、環境科學、天氣預報、天文、航空、遙感等許多方面，已得到廣泛的應用。大氣光學的研究可從兩個角度出發：一是把大氣當作一種連續介質；二是把大氣當作由空氣分子、氣溶膠和水汽凝成物組成的混和物。因為大氣光學和許多光學(包括紅外激光)工程的研製有密切的關係，所以它在國民經濟和國防建設中都有重要地位。 ^[1]  大氣光學現象，是由太陽光或月光在大氣中發生反射、折射、衍射或干涉而形成的發光現象，如暈、虹、華等。

由太陽光或月光在大氣中發生反射、折射、衍射或干涉而形成的發光現象，如暈、虹、華等。

日、月光經雲滴或霧滴發生折射和反射而形成的彩色大弧。常出現於日、月的相反方向。在雲、霧滴中光線發生一次內反射和兩次折射所形成的虹，稱為主虹。主虹外側呈紅色，內側呈紫色，外側角半徑約為42°。在主虹之外，有時可見另一同心大光弧，色帶排列與主虹相反，其內側角半徑約為50°，光彩也較暗淡，稱為霓或副虹。它是光線在萬、霧滴中發生兩次內反射和兩次折射而形成的。

日、月光線通過雲中冰晶發生折射或(和)反射而產生的位於日、月周圍的光圈、光柱、光弧、光點的總稱。最常見的暈角半徑為22°，由光線通過六角柱冰晶產生折射而形成的。暈多出現在卷層雲或捲雲上，有時光圈不全。暈的出現常是天氣轉變的一種預兆。天氣諺語中有“日暈三更雨，月暈午時風”等。

日、月光線通過雲滴或小冰晶時，由衍射作用而形成的環繞日、月光輪外的彩色光象，通常出現於高積雲上，有時也出現在卷積雲、層積雲上。色彩內側微藍色、外側紅褐色，有時可能有好幾重。華的大小變化可預示雲的結構和天氣變化的趨勢。天氣諺語中有大華晴、小華雨的説法。

日(月)光從觀測者後面投射到前方雲幕或霧幕上，因受雲、霧滴的衍射而產生的彩環。觀測者的頭部或人影可見於彩環之中。彩環常呈外紅內黃白色，有時也很鮮豔。由於在四川峨眉山最常見，故名。在其他山地或飛機航行於雲上時，也可見到此光象。

清晨或傍晚，在太陽附近或太陽相對一側的天空或雲層上出現的色彩現象。它是由陽光透過氣層時受空氣分子及大氣中的塵埃、水汽等的選擇性散射，餘下較長波長的日光所形成。因為波長較短的藍紫光大多已被散射掉，所以霞光多數為紅光。霞有預示天氣變化的作用，如天氣諺語中有"朝霞不出門，晚霞行千里。等。

來自遠處物體的光線，經過密度分佈反常的空氣層，發生顯著折射(或同時有全反射)時，使遠處景物發生位置、形狀、大小的變化和晃動的奇異幻景。比實物高的稱上蜃，比實物低的稱下蜃，常發生在海邊或沙漠地區，故有海市之稱。 ^[2] 

天空背景是指來自天空的向下輻射通量，其中包括大氣和雲對太陽光的散射輻射以及大氣氣體的自發輻射，夜間還包括少量的月光和星光的散射。一般而言，對太陽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為0.45微米左右，而氣體的自發輻射主要集中在長波部分，最大輻射通量的波長為10.5微米左右。天空背景輻射通量的大小及其空間分佈是十分複雜的，它主要取決於幾種影響因子的組合。這些影響因子包括太陽的高度、下墊面的反射率、觀測點離地面的高度、雲量、雲狀、大氣透明度以及大氣狀態等。

光在大氣中的傳輸性能是指光波通過大氣所引起的光學特性的變化。它主要包括由於大氣散射與吸收造成的輻射能量損失的大氣衰減；由於大氣折射率的隨機起伏造成的光束的光強起伏(閃爍)、漂移擴展以及相干性破壞等的大氣湍流效應；以及光在大氣中傳輸的非線性光學效應，這種效應必須在強激光傳輸中才能顯示出來，因此又稱為強激光大氣傳輸的非線性效應。

根據大氣光學現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。例如對太陽輻射衰減的測量確定斜程大氣的混濁度；通過對太陽光紫外輻射衰減的測量，確定大氣臭氧的總量；利用多波長紅外輻射計測量太陽的散射輻射強度，可以推斷整層大氣氣溶膠濃度與譜分佈等等。 ^[3]