大气光学现象

大气光学现象是指气中发生的各种光学现象。来自太阳、月亮和其它光源的光线通过大气层时，发生选择性吸收、散射、反射和折射、衍射等，改变原来的路径和颜色，呈现出的各种色彩缤纷的光学现象。

1、定义

某些大气光象常常是天气现象的前兆，因此自古以来，大气光象就引起人们的注意。中国远在3000多年以前的殷墟甲骨文中，就有关于虹的记载《诗经·鄘风·蝃蝀》里写到“朝?于西，崇朝其雨”，意为早晨太阳东升时，如果西方出现了虹，到中午就要下雨了。关于晕、宝光环、海市蜃楼等大气光象，中国古代都有观测和解释。作为现代科学的大气光学的研究和发展，则和光学的研究进展有着密切的联系。19世纪末，英国科学家J.W.S.瑞利首先解释了天空的蓝色（见大气散射），建立了瑞利散射理论。20世纪初，德国科学家G.米从电磁理论出发，进一步解决了均匀球形粒子的散射问题，建立了米散射理论。这两个理论能够解释许多大气光象。60年代激光的出现，使光学大气遥感得到迅速的发展。以激光大气遥感为重点的光学大气遥感，已发展成为大气遥感的重要分支。卫星遥感对大气透明度的要求，吸收光谱法和激光光谱学的发展，也有力地促进了高分辨率大气吸收光谱的研究。大气光学包括：基本规律的研究，如大气折射、大气散射等，它们是大气光学的基础，也是物理学的一部分。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。大气光象的研究，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。

2、成因

某些大气光学现象常常是天气现象的前兆，因此自古以来，大气的光学现象就引起人们了的注意。中国远在3000多年以前的殷墟甲骨文中，就有关于虹的记载，《诗经》中也写到过“朝脐于西，崇朝其雨”，意为早晨太阳东升时，如果西方出现了虹，到中午就要下雨了。关于晕、宝光环、海市蜃楼等大气光象，中国古代都有观测和解释。而大气光学作为现代科学的研究和发展，则和光学的研究进展有着密切的联系。19世纪末，英国科学家瑞利首先解释了天空的蓝色：在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，因此在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。从而建立了瑞利散射理论。

3、危害

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。

4、防御措施

大气光学的理论和光波传播的规律，在大气辐射学环境科学、天气预报、天文、航空、遥感等许多方面，已得到广泛的应用。随着红外和激光技术的迅速发展，近几年来大气光学的研究迅速的开展起来。和今后一段时间内，大气气体分子高分辨率吸收光谱的研究、大气气溶胶光学特性的研究、强湍流效应的研究、云雾粒子的不同形状对散射特性的影响及其多次散射的研究、激光和红外大气遥测的研究等方面将成为大气光学的主要研究方向。