大氣散射

大氣散射

和粒子的相互作用,按粒子同入射波波長(λ)的相對大小不同,可以採用不同的處理方法:當粒子尺度比波長小得多時,可採用比較簡單的瑞利散射公式;當粒子尺度與波長可相比擬時,要採用較複雜的米散射公式;當粒子尺度比波長大得多時,則用幾何光學處理。一般考慮具有半徑□的均勻球狀粒子的理想散射時,常採用無量綱尺度參數□ = 2πr/λ作為判別標準:當□50時,可用幾何光學。同一粒子對不同波長而言,往往採用不同的散射處理方法,如直徑1微米的雲滴對可見光的散射是米散射;但對微波,卻可作瑞利散射處理。

米散射

大氣散射大氣散射

當球形粒子的尺度與波長可比擬時,必須考慮散射粒子體內電荷的三維分布。此散射情況下,散射粒子應考慮為由許多聚集在一起的複雜分子構成,它們在入射電磁場的作用下,形成振盪的多極子,多極子輻射的電磁波相疊加,就構成散射波。又因為粒子尺度可與波長相比擬,所以入射波的相位在粒子上是不均勻的,造成了各子波在空間和時間上的相位差。在子波組合產生散射波的地方,將出現相位差造成的干涉。這些干涉取決於入射光的波長、粒子的大小、折射率及散射角。當粒子增大時,造成散射強度變化的干涉也增大。因此,散射光強與這些參數的關係,不象瑞利散射那樣簡單,而用複雜的級數表達,該級數的收□相當緩慢。這個關係首先由德國科學家G.米得出,故稱這類散射為米散射。

它具有如下特點:①散射強度比瑞利散射大得多,散射強度隨波長的變化不如瑞利散射那樣劇烈。隨著尺度參數增大,散射的總能量很快增加,並最後以振動的形式趨於一定值。②散射光強隨角度變化出現許多極大值和極小值,當尺度參數增大時,極值的個數也增加。③當尺度參數增大時,前向散射與後向散射之比增大,使粒子前半球散射增大(圖2 三種尺度粒子散射光強的角分布)。當尺度參數很小時,米散射結果可以簡化為瑞利散射;當尺度參數很大時,它的結果又與幾何光學結果一致;而在尺度參數比較適中的範圍內,只有用米散射才能得到唯一正確的結果。所以米散射計算模式能廣泛地描述任何尺度參數均勻球狀粒子的散射特點。

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