散射

分子散射

散射光波矢

k

与波

长均变化

拉曼散射

散射是指 电磁波通过某些介质时，入射波中一部分能量偏离原来传播方向而以

一定规律向其他方向 发射的过程。散射可以用电磁波理论和物质电子理论解释：

入射的电场使粒子中的电荷产 生振荡，

振荡的电荷形成一个或多个电偶极子，

它

们辐射出次级的球面波，

因为电荷的振荡与入射波同步，

所以次级波与入射波有

相同频率，且有固定的相位关系。

在 大气散射过程中，散射粒子的尺度范围很大，从

气体分子

（约< /p>

10

-4

μ

m< /p>

）

到气溶胶

（约

1

μ

m

）

、

小水滴

（约

< /p>

10

μ

m

）

、

冰晶

（约

100

μ

m

）

，

以及大雨滴和雹粒（约

1cm

）

。

通常以尺度数α< /p>

= 2

π

/< /p>

λ作为判别标准，

其中

r

为粒

子半径，λ为波长。按α的大小可以将散射过程分为三类：

(1)

α

<< 1

，即

r <

λ

时的散射，称为

Rayleigh

散射或分子散射；

(2) 1<

α

< 50

，即

r



λ

时的散射，称为

Mie

散射或大颗粒散射；

(3)

α

> 50

，即

r>>

λ

时的散射，属于几何光学散射范畴。

对于大气中的粒子（假设是各向同性的）

，散射光分布型式相应于入射光方

向

是三维空间对称的，依赖于尺度数

α，其典型情况如图

3.1

所示

图

3.1

三种尺度粒子的散射强度的角分布型式

Rayleigh

散射和

Mie

散射的实质，都是大气分子或气溶胶粒子在入射电磁波 作

用下激发，

而产生振动的电偶极子或多极子，

并以粒子为中心向四周辐射出与入

射波频率相同的散射波，都属于弹性散射。< /p>

瑞利散射

瑞 利散射解释了大气中气态分子的光学特性，

根据瑞利的观点，

天 空的蓝色是由于大气中圆

形、各项同性的、密度大于周围介质、且大小远远小于波长的粒 子的散射造成的。

瑞利散射理论的提出是基于以下几个假设条件

（

1

）粒子尺寸远远小于光的波长，一般

r

≤

0.03

λ时，就认为满足条件。注意这里不包

括尘埃 、阴霾、以及一些其他粒子，这类粒子的散射特性有其他的理论支撑，如米式散射；

< /p>

（

2

）粒子处于非电离状态，在大气层中 除了电离层之外，大气层的大部分区域均满足这一

条件；

（

3

）粒子的折射系数和周围介质的折射系 数之间的差异较小；

（

4