Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 大气中的光现象(1)
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Aug  5 16:31:48 2003)

      光是一种电磁波，大气是一种成分和状态都很复杂的介质。一方面，大气是
可以被光穿透的连续介质，当日月光或其它光源发出的光在大气中传播时，会受到
衰减；另一方面，大气又是由空气分子和水滴、冰晶及其它各种气溶胶粒子组成的
，它们都会与光波发生相互作用。由于大气的不均匀性，以及大气总处于不停顿的
复杂运动之中。大气对光的折射、衍射、散射和吸收作用是复杂多变的，从而形成
了多种多样、绚丽多彩的大气光学现象。
      光在大气中传播的规律与人类生产和生活有十分密切的联系。同时，不同的
大气中的光现象也反映了大气中不同状态的分布和大气的微物理结构，很多大气光
现象与天气过程有联系，可作为未来天气的征兆。用光学方法也可以对大气进行探
测和研究。
一、大气中光的散射现象
1．曙暮光
      在太阳从东方地平线上升起之前，我们已经可以看到东方天空开始发亮，这
段时间称为曙。在太阳已经落于地平线之后，天空仍然是明亮的，直到天空黑暗下
来之前，这段时间称为暮。曙暮时间天空的亮光实质上就是当太阳在地平线以下时
，大气对阳光的散射光，称为曙暮光。
      一般来讲，太阳光盘的上边缘落到地平线时，暮就开始了。虽然，阳光已经
不能照到地面上，但仍然照耀着地面上的大气层，由于大气对阳光的散射作用，天
空很亮。随着时间的推移，太阳继续下落，低层大气将进入地球曲面的阴影之中，
标  题: 大气中的光现象(1)
发信站: 天大求实 (2003年08月02日10:56:29 星期六), 站内信件

      光是一种电磁波，大气是一种成分和状态都很复杂的介质。一方面，大气是
可以被光穿透的连续介质，当日月光或其它光源发出的光在大气中传播时，会受到
衰减；另一方面，大气又是由空气分子和水滴、冰晶及其它各种气溶胶粒子组成的
，它们都会与光波发生相互作用。由于大气的不均匀性，以及大气总处于不停顿的
复杂运动之中。大气对光的折射、衍射、散射和吸收作用是复杂多变的，从而形成
了多种多样、绚丽多彩的大气光学现象。
      光在大气中传播的规律与人类生产和生活有十分密切的联系。同时，不同的
大气中的光现象也反映了大气中不同状态的分布和大气的微物理结构，很多大气光
现象与天气过程有联系，可作为未来天气的征兆。用光学方法也可以对大气进行探
测和研究。
一、大气中光的散射现象
1．曙暮光
      在太阳从东方地平线上升起之前，我们已经可以看到东方天空开始发亮，这
段时间称为曙。在太阳已经落于地平线之后，天空仍然是明亮的，直到天空黑暗下
来之前，这段时间称为暮。曙暮时间天空的亮光实质上就是当太阳在地平线以下时
，大气对阳光的散射光，称为曙暮光。
      一般来讲，太阳光盘的上边缘落到地平线时，暮就开始了。虽然，阳光已经
不能照到地面上，但仍然照耀着地面上的大气层，由于大气对阳光的散射作用，天
空很亮。随着时间的推移，太阳继续下落，低层大气将进入地球曲面的阴影之中，
受到太阳位置、空气中水汽与气溶胶分布、以及云量和云状的影响。
      在曙暮光时间内，阳光斜穿过大气层，并且在低层大气中有很长的光程，由
于大气中空气分子、水汽、尘埃微粒对光的散射和吸收，使阳光受到很大衰减，各
种不同颜色光衰减情况又不相同，因此，通过气层后的阳光已经显示出不同的颜色
，这些光再经过大气中散射粒子的散射，才能到达人的眼睛。这就进一步增加了天
空色彩的复杂性。大气中成份与状态都在不断地变化，形成了变化万千的美丽彩霞
。
      当阳光穿过大气层时，波长较短的紫光散射衰减较多，透射后“剩余”的日
光中颜色偏于波长较长的红光，因此，我们在太阳高度角很低的日出、日落时，看
到的太阳光盘是橙红色的，这种偏于红色的阳光再通过天空中散射粒子散射后仍然
是波长较长的光居多，因此，霞光大多偏于红、橙、黄等色彩。而且越接近地平线
，霞的色彩越偏于红色。在接近天顶方向，阳光穿过低层大气较少，波长较短的光
衰减相对少些，“剩余阳光”中仍有一些兰绿色光，因而有时能看到兰绿色霞光。
有时，高层大气散射的兰光与低层大气散射的红光“重叠”进入人的眼睛，就会看
到显示紫色的天空。一般来讲，在日出日落方向上，从地面向天顶，霞的色彩排列
是接近地面为红色，渐次变为橙、黄、绿、兰各种颜色。
      当大气中湿度较大时，或在系统性云系移近时，空中会悬浮着很多较大的水
滴，这些不同大小的水滴对各种颜色光有不同的散射作用。例如，半径比光波波长
小的水滴主要散射兰色光；而半径在0．5微米至1微米区间的水滴主要散射红色光。
因而有时在近地面天空形成紫红、褐红的颜色。大气中水汽含量越多，霞的色彩就
越鲜艳。
      大气中气溶胶粒子对霞光也有重要的影响，当粒子较大时，各射光色彩将变
受到太阳位置、空气中水汽与气溶胶分布、以及云量和云状的影响。
      在曙暮光时间内，阳光斜穿过大气层，并且在低层大气中有很长的光程，由
于大气中空气分子、水汽、尘埃微粒对光的散射和吸收，使阳光受到很大衰减，各
种不同颜色光衰减情况又不相同，因此，通过气层后的阳光已经显示出不同的颜色
，这些光再经过大气中散射粒子的散射，才能到达人的眼睛。这就进一步增加了天
空色彩的复杂性。大气中成份与状态都在不断地变化，形成了变化万千的美丽彩霞
。
      当阳光穿过大气层时，波长较短的紫光散射衰减较多，透射后“剩余”的日
光中颜色偏于波长较长的红光，因此，我们在太阳高度角很低的日出、日落时，看
到的太阳光盘是橙红色的，这种偏于红色的阳光再通过天空中散射粒子散射后仍然
是波长较长的光居多，因此，霞光大多偏于红、橙、黄等色彩。而且越接近地平线
，霞的色彩越偏于红色。在接近天顶方向，阳光穿过低层大气较少，波长较短的光
衰减相对少些，“剩余阳光”中仍有一些兰绿色光，因而有时能看到兰绿色霞光。
有时，高层大气散射的兰光与低层大气散射的红光“重叠”进入人的眼睛，就会看
到显示紫色的天空。一般来讲，在日出日落方向上，从地面向天顶，霞的色彩排列
是接近地面为红色，渐次变为橙、黄、绿、兰各种颜色。
      当大气中湿度较大时，或在系统性云系移近时，空中会悬浮着很多较大的水
滴，这些不同大小的水滴对各种颜色光有不同的散射作用。例如，半径比光波波长
小的水滴主要散射兰色光；而半径在0．5微米至1微米区间的水滴主要散射红色光。
因而有时在近地面天空形成紫红、褐红的颜色。大气中水汽含量越多，霞的色彩就
越鲜艳。
      大气中气溶胶粒子对霞光也有重要的影响，当粒子较大时，各射光色彩将变
旱，此言久晴之霞也。谚云：“朝霞不出门，暮霞走千里，此皆言雨后乍晴之霞。
”在天早已久时，阳光下空气对流旺盛，大气中尘埃较多，此时出现霞光，且红光
显得纯净，这预兆晴天。我国大部分地区降雨天气主要来自两个方向，一是受西风
带影响，系统性天气过程自西向东移动，如果东方出现早霞，而西方天空有厚云，
将有系统性降水天气。另一个是对流性降水过程，随着日照加强而空气对流增强，
因此往往随太阳移动，在中午前后形成局地降雨，如果雨后晴天，东方出现朝霞，
表现出大气中湿度很大，这是雨兆。而晚霞出现一般表示西方天空没有大范围云层
，这是系统性天气已过境的征兆。而且，由于热力对流在傍晚减弱，也就难以形成
降雨。因此才有“早霞不出门，晚霞行千里”的谚语。
      然而，霞与天气的关系是极为复杂的。例如，雨后暂晴时出现晚霞，沿海受
台风影响，有天气系统从东方移过来时，尽管有晚霞，仍会形成降雨。单纯根据霞
光不可能全面了解天气变化，如能结合其它气象要素进行综合分析，积累大量资料
，也会有助于更准确地预报天气。

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