大气光学现象的研究内容

大气光学首先研究大气折射、大气散射等的基本规律，它们是大气光学的基础，也是物理学的一部分；而后是对大气光学特性的研究，如大气消光、大气吸收、大气能见度、大气浑浊度、大气透明度、天空亮度等；另外大气光象还研究包括朝晚霞、曙暮光、天空颜色等大气光象，虹、晕、华等云中光象，并研究它们的成因，以及它们与大气状态和天气过程之间的联系。大气中的光现象是指发生在大气中，并用肉眼所能直接感觉到的光现象。它可以分为三类：首先是光在大气中的折射引起的光现象。当光线入射到低层大气时，由于光线折射，改变了径迹，这样在水平面以上，天体和物体的实际高度角与测出的高度角有明显的差异，即所谓天文折射和地球折射现象。一旦大气密度出现异常分布，使来自远处目标物的光线在另一高度发生全反射，那么除能看到本身实物外，还可以看到它的反射像，这就是人们通常称为的“海市蜃楼”。其次是大气散射引起的光现象。天穹色彩的变化就是大气散射引起的光现象之一，比如清洁的大气使天穹呈现蓝色。当大气十分浑浊、大气中悬浮粒子大量增加时，天穹呈现青灰色，在天边甚至出现不透明的灰白色。曙暮光是大气散射的另一现象。当太阳在地平面以下时，太阳光无法直接到达地面，但是它能照亮地面以上的大气层，使天空明亮。曙暮光指的就是黎明和黄昏这段时间的光亮。还有就是大粒子(如水滴、冰晶等)对光的折射、反射与衍射引起的光现象，最常见的有虹、华和晕。虹是由于太阳光线在大气水滴里的折射与反射产生的围绕反日点的彩色圆弧；华是由于云中的水滴与冰针分别起小孔与狭缝的作用，使光衍射引起的围绕太阳(或月亮)的许多彩色圆环；晕是由于太阳(或月亮)光在冰晶上折射与反射引起的一系列光学现象的总称。根据着色的性质，有由于折射而引起的略带色彩的晕(如彩虹圆环、幻日等)以及由反射引起的白色晕(如水平环、侧日等)之分。能见度是指人眼在大气中观察到的最远距离。它取决于下列各种因素，如物体和背景的属性、物体和背景照度的属性、大气属性以及观测仪器(包括肉眼)的属性等等。发展了一种能见度仪，它直接测量大气透过率和背景亮度等气象要素，通过计算机进行综合分析来计算能见距离。该仪器可以比较客观地反映大气实际的能见度，在一些机场已被采用。天空背景是指来自天空的向下辐射通量，其中包括大气和云对太阳光的散射辐射以及大气气体的自发辐射，夜间还包括少量的月光和星光的散射。一般而言对太阳光的散射辐射主要集中在短波部分。在晴天最大辐射通量的波长为0.45微米左右，而气体的自发辐射主要集中在长波部分，最大辐射通量的波长为10.5微米左右。天空背景辐射通量的大小及其空间分布是十分复杂的，它主要取决于几种影响因子的组合。这些影响因子包括太阳的高度、下垫面的反射率、观测点离地面的高度、云量、云状、大气透明度以及大气状态等。光在大气中的传输性能是指光波通过大气所引起的光学特性的变化。它主要包括由于大气散射与吸收造成的辐射能量损失的大气衰减；由于大气折射率的随机起伏造成的光束的光强起伏(闪烁)、漂移扩展以及相干性破坏等的大气湍流效应；以及光在大气中传输的非线性光学效应，这种效应必须在强激光传输中才能显示出来，因此又称为强激光大气传输的非线性效应。根据大气光学现象以及光的传输特性，利用自然光或人工光源可以遥感大气某些物理量。例如对太阳辐射衰减的测量确定斜程大气的混浊度；通过对太阳光紫外辐射衰减的测量，确定大气臭氧的总量；利用多波长红外辐射计测量太阳的散射辐射强度，可以推断整层大气气溶胶浓度与谱分布等等。