大气对太阳辐射的散射规律

大气对太阳辐射的散射规律

大气对太阳辐射的散射，就如同一场神奇的光学表演，当太阳光线穿过大气层时，会发生折射和反射的现象，这些复杂的光学过程决定了我们看到的天空色彩和光线明暗。

大气对太阳辐射的散射

太阳辐射在穿越大气层时，会遇到各种质点，如空气分子、尘粒和云滴等，这些都会导致辐射发生散射。与吸收不同，散射不会将辐射能量转化为热能，而是改变辐射的方向，使其以质点为中心向四面八方传播。因此，经过散射后，一部分太阳辐射无法到达地面。

当太阳辐射遇到直径小于波长的空气分子时，会发生选择性散射，这种散射被称为分子散射或瑞利散射。对于一定大小的分子来说，散射能力与波长的四次方成反比。这意味着波长越短，散射得越强。例如，波长为0.7μm的辐射散射能力为1，而波长为0.3μm的辐射散射能力则高达30。这就是为什么在太阳辐射通过大气时，波长较短的光（如蓝色和紫色）被散射得更多。这也是为什么雨后天晴时天空呈现青蓝色的原因。

分子散射的一个重要特点是其对称性。在光线射入的方向（j =0°）及相反方向（j =180°）上的散射量是垂直于射入光线方向（j =90°及j =270°）散射量的两倍。这种散射模式可以用一个从极点到外围曲线的向径长度来表示，该长度以假定的比例表示该方向上的总散射能量。

当太阳辐射遇到直径大于波长的粗粒（如水滴）时，会发生粗粒散射或米散射。这种散射没有选择性，即辐射的各种波长都同样地被散射。粗粒散射的特点是失去对称性，散射能量在射入光方向上显著增加。具体来说，在射入光方向上的散射能量超过了相反方向上的2.37倍和垂直方向上的2.85倍。散射质点越大，这种偏对称的程度越明显。

大气对太阳辐射的散射规律

散射主要改变辐射方向。太阳辐射通过大气时，会受到大气中的气体、尘埃、气溶胶等的散射作用，这些作用使太阳辐射以质点为中心向四周传播。

分子散射（瑞利散射）和粗粒散射（米散射）是两种主要的散射类型。当质点直径小于波长时，会发生分子散射，这种散射具有选择性，大气对长波光线的透明度较好，对短波光线的透明度较差。当质点直径大于波长时，会发生粗粒散射，这种情况下辐射的各种波长都同样地被散射，无选择性。

散射辐射的强弱取决于多种因素。如太阳高度角、大气透明度和云量等。太阳高度角增大时，散射辐射也相应地增强；相反，太阳高度角减小时，散射辐射减弱。大气透明度不好时，散射辐射增强；反之，则减弱。云也能强烈地增大散射辐射，但具体作用取决于云量和云状。

太阳光谱中不同颜色的光散射程度不同。其中，紫色光的散射比红色光强得多。这导致在晴空、大气浑浊度小时，大气分子强烈散射作用下，天空呈现蔚蓝色。但当大气浑浊时，由于大气气溶胶的米散射作用，天空呈现灰白色。

低纬度地区天文辐射的季节变化明显小于。