标题：大气散射
简介
⒈光线通过有尘土的空气或胶质溶液等媒质时，部分光线向多方面改变方向的现象。叫做光的散射.超短波发射到电离层时也发生散射。
太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不象吸收那样把辐射能转变为热能，而只是改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，被散射愈厉害。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的。例如波长为0.7微米时的散射能力为1，波长为0.3微米时的散射能力就为30。因此，太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色就是因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。如果太阳辐射遇到直径比波长大的质点，虽然也被散射，但这种散射是没有选择性的，即辐射的各种波长都同样被散射。如空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色的。有时为了区别有选择性的散射和没有选择性的散射，将前者称为散射，后者称为漫射。
⒉两个基本离子相碰撞，运动方向改变的现象。
⒊在某些情况下，声波投射到不平的分界面或媒质中的微粒上而不同方向传播的现象，也叫乱反射。
⒋按介质不均性的不同，光的散射可分为两大类：介质中含有许多较大的质点，它们的线度在数量级上等于光波的波长，引起的光的散射叫做悬浮质点散射。十分纯净的液体或气体，由于分子热运动而造成的密度的涨落引起光的散射叫做分子散射。
原理
大气散射是重要而且普遍发生的现象，大部分进入我们眼睛的光都是散射光。如果没有大气散射，则除太阳直接照射的地方外，都将是一片黑暗。大气散射作用削弱了太阳的直接辐射，同时又使地面除接收到经过大气削弱的太阳直接辐射外，还接收到来自大气的散射辐射，大大增加了大气辐射问题的复杂性。大气散射是大气光学和大气辐射学中的重要内容。也是微波雷达、激光雷达等遥感探测手段的重要理论基础（见微波大气遥感、激光大气遥感）。
光和粒子的相互作用，按粒子同入射波波长（λ）的相对大小不同，可以采用不同的处理方法：当粒子尺度比波长小得多时，可采用比较简单的瑞利散射公式；当粒子尺度与波长可相比拟时，要采用较复杂的米散射公式；当粒子尺度比波长大得多时，则用几何光学处理。一般考虑具有半径□的均匀球状粒子的理想散射时，常采用无量纲尺度参数□ = 2πr/λ作为判别标准：当□<0.1时，可用瑞利散射；当□≥0.1时，需用米散射；当□>50时，可用几何光学。同一粒子对不同波长而言，往往采用不同的散射处理方法，如直径1微米的云滴对可见光的散射是米散射；但对微波，却可作瑞利散射处理。
瑞利散射
英国科学家J.W.S.瑞利在19世纪末研究天空颜色时提出的。因最初用于解释大气分子对可见光的散射，故又称分子散射。凡是粒子尺度远小于入射波长的散射现象，统称为瑞利散射。这种散射光的强度随不同的散射角 □（入射光方向和散射光方向的夹角）而变。以□（□）表示单位强度的自然光入射时，单个粒子在□方向单位立体角中散射的光通量，则有：
□式中 □为粒子的折射率。瑞利散射具有如下特点：①散射光强与波长四次方成反比。②粒子前半部和后半部的散射光通量相等，按（1+cos□□）的关系分布。③前向（□ =0）和后向（□=180□）的散射光最强，都比垂直方向（□ =90□、270□）强一倍。④前向和后向的散射光与入射光偏振状态相同；而垂直方向的散射光为全偏振，即其平行分量（振动方向与观测平面平行的分量，观测平面系由入射光和散射光组成的平面）为零，只存在垂直分量（图1 瑞利散射的光强分布）。
米散射
当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。此散射情况下，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下，形成振荡的多极子，多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。又因为粒子尺度可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干涉。这些干涉取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。当粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。因此，散射光强与这些参数的关系，不象瑞利散射那样简单，而用复杂的级数表达，该级数的收□相当缓慢。这个关系首先由德国科学家G.米得出，故称这类散射为米散射。它具有如下特点：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。随着尺度参数增大，散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一定值。②散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增加。③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大（图2 三种尺度粒子散射光强的角分布）。当尺度参数很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射才能得到唯一正确的结果。所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状粒子的散射特点。
多次散射
散射体中往往包含很多散射粒子，因此每个粒子的散射光都会被其他粒子再散射。如P 粒子的散射光可被Q粒子再次散射，而Q粒子的散射光又会被R粒子第三次散射。对直接入射光的散射称为一次散射，以后的散射依次称为二次、三次……散射，或统称为多次散射。显然，在其他散射方向的一次散射光，由于多次散射的结果，还可能再次沿入射光方向散射。多次散射的计算很复杂。有人计算出，当大气光学厚度（见大气消光□□<0.1时，只需考虑一次散射；而当□□>0.3时，则还需计及二、三次散射；当□□在0.1～0.3时，则需计及二次散射在内。
光的散射
⑴定义或解释
光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。
⑵说明
①引起光散射的原因是由于媒质中存在着其他物质的微粒，或者由于媒质本身密度的不均匀性（即密度涨落）。
②一般由光的散射的原因不同而将光的散射分为两类：
a．廷德尔散射。颗粒浑浊媒质（颗粒线度和光的波长差不多）的散射，散射光的强度和入射光的波长的关系不明显，散射光的波长和入射光的波长相同。
b，分子散射。光通过纯净媒质时，由于构成该媒质的分子密度涨落而被散射的现象。分子散射的光强度和入射光的波长有关，但散射光的波长仍和入射光相同。
③瑞利定律。线变小于光的波长的微粒，对入射光散射所遵循的规律是，散射光和入射光波长相同，散射光的强度和散射方向有关，并和波长的四次方成反比。按这一定律，短波光的散射比长波光要强得多，如太阳光中蓝色光被微小尘埃的散射要比红色光强十倍以上。
晴朗的天空所以呈浅蓝色，完全是大气散射太阳光的结果。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分是密度涨落引起的分子散射。按瑞利定律，太阳光中的短波成分更多地被散射掉了，在直射的太阳光中剩余较多的是长波成分。即天空呈现蓝色。
旭日和夕阳呈红色。这是因为早晚阳光以很大的倾角穿过大气层，经历的大气层要远比中午时大得多，所有波长较短的蓝光、黄光等几乎朝侧向散射，仅剩下波长较长的红光到达观察者（接近地面的空气中有尘埃，更增强了散射作用）。
以上讨论的散射光，其波长和入射光相同，叫做瑞利散射，还有一类散射叫做并合散射（喇曼散射），其波长和入射光的波长不同。它用于研究分子结构以及分析化合物的成分。利用激光产生的并合散射可用来监测大气污染。
天空颜色
由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比，所以太阳光谱中紫光的散射比红光强得多，这就造成大气的散射光谱（散射光能量按波长的分布）对于入射的太阳光谱而言，向短波方向移动。因太阳光谱在短波段中以蓝光能量最大，所以在晴空大气浑浊度小时，在大气分子的强烈散射作用下，天空即呈现蔚蓝色。但当大气浑浊时，由于大气气溶胶的米散射作用，散射光强与波长没有显著的关系，从而使天空呈现灰白色。另外，在气溶胶粒子强烈的前向散射作用下，使得太阳周围的天空特别明亮，这就是日周光。以上种种现象都是大气散射的结果。由于大气密度随高度急剧降低，大气分子的散射效应相应为之减弱，天空的颜色也随高度由蔚蓝色变为青色（约8公里）、暗青色（约11公里）、 暗紫色（约13公里）、黑紫色（约21公里），再往上，空气非常稀薄，大气分子的散射效应极其微弱，天空便为黑暗所湮没。
主要形式
⒈光线通过有尘土的空气或胶质溶液等媒质时，部分光线向多方面改变方向的现象。叫做光的散射.超短波发射到电离层时也发生散射。
太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不象吸收那样把辐射能转变为热能，而只是改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，被散射愈厉害。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的。例如波长为0.7微米时的散射能力为1，波长为0.3微米时的散射能力就为30。因此，太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青兰色就是因为辐射中青兰色波长较短，容易被大气散射的缘故。如果太阳辐射遇到直径比波长大的质点，虽然也被散射，但这种散射是没有选择性的，即辐射的各种波长都同样被散射。如空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色的。有时为了区别有选择性的散射和没有选择性的散射，将前者称为散射，后者称为漫射。
⒉两个基本离子相碰撞，运动方向改变的现象。
⒊在某些情况下，声波投射到不平的分界面或媒质中的微粒上而不同方向传播的现象，也叫乱反射
瑞利散射瑞利，十九世纪最著名的物理学家之一，1842年11月12日出生于英国的莫尔登。据说，瑞利刚开始上学时并不用功，他虽然人很聪明，可却十分贪玩，学习成绩一直平平。10岁那年曾连续两次逃学，为此，他的爸爸妈妈很替他着急，为了孩子的前途，他们决定迁居伦敦。环境的改变，对瑞利的成长起到了良好的作用。另外，瑞利的父母还特地为他聘了一名家庭女教师，从此瑞利一改以前贪玩的习性，一心埋进书本中。
瑞利对物理学曾出了很大的贡献，他在声学、波的理论、光学、光的散射、电力学、电磁学、水力学、液体流动理论方面都做出了不可磨灭的贡献，1904年，他因和拉姆塞同时发现了惰性元素氩（Ar）而荣获了该年度的诺贝尔物理学奖。
1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四次幂的瑞利定律
正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的兰光、绿光，受到空气散射较强，天空中的兰色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。
正是由于波长较短的光易被散射掉，而波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防止交通事故的发生。