大氣光學和天空漫射

快捷方式: 差异，相似，杰卡德相似系数，参考。

大氣光學和天空漫射之间的区别

大氣光學 vs. 天空漫射

大氣光學是地球大氣層獨特的光學性質所造成大範圍且壯觀的光學現象。美麗的藍色天空是瑞利散射的直接結果，它重新定向了高頻（藍色光）的陽光，使它們重新回到觀測者的視野。由於藍色光比紅色光容易散射，當日出和日落時的陽光必須穿透濃厚的大氣層時，太陽看起來就呈現偏紅的色調。在天空中額外的顆粒會以不同的角度色散不同的顏色的光，在黎明和黃昏創造出多采多姿的發光天空。冰晶和其它顆粒將在大氣層中的光線散射，造成暈、晚霞餘暉、華 (光象)、雲隙光和幻日。這些種現象的變化是由於粒子大小和不同的幾何形狀。 海市蜃樓是光線受到大氣層的溫度變化而產生偏折彎曲的光學現象，會使遠方的影像流離失所或是嚴重的扭曲。與此相關的其它光學現象包括新地島效應，會使視太陽比預測的提早升起或是延後落下，並且造成形狀的扭曲。一種稱為複雜蜃景的壯觀形式是由溫度反演造成的，會將地平線上，甚至地平線下的物件，像是島嶼、崖、船舶或冰山拉長且升高，就像"童話城堡"。 彩虹是光線在雨滴內部反射和色散光的折色組合造成的結果。因為彩虹總是出現在天空中背向太陽的那一端，而且因為兩者相距遙遠的距離，太陽越接近地平面，彩虹越是突出和壯觀Chapter 34。. 天空漫射（Diffuse sky radiation）是陽光直接被地球大氣層中的分子或懸浮粒子散射而改變了行進方向之後，經過才抵達地球表面的太陽輻射，這些以光子為主的輻射很可能經過不只一次的散射、反射，最終以疊加的型態進入觀測者的眼中，是天空會有顏色變化的主因，其變化就是隨著「輻射入射角」（時間）及「最短路徑上的阻礙」（天候狀況、空氣污染程度）造成顏色變化。它也被稱為天光（skylight）、 漫射天光（diffuse skylight）、或天空輻射（sky radiation）。來自太陽的陽光大約有總量的三分之二（根據在大氣層中的灰塵和煙霧含量，在太陽高懸時大約為有25%的入射輻射直接被散射）會在大氣層中被散射，最終成為彌散的天空輻射抵達地球表面。 在大氣層中的重要過程是瑞利散射和米氏散射的彈性過程，光線的波長不變，沒有被吸收，但從原有的路徑偏折。.

偏振

偏振（polarization）指的是横波能夠朝著不同方向振盪的性質。例如電磁波、引力波都會展示出偏振現象。纵波则不會展示出偏振現象，例如傳播於氣體或液體的聲波，其只會朝著傳播方向振盪。如右圖所示，緊拉的細線可以展示出線偏振現象與圓偏振現象。 電磁波的電場與磁場彼此相互垂直。按照常規，電磁波的偏振方向指的是電場的偏振方向。在自由空間裏，電磁波是以橫波方式傳播，即電場與磁場又都垂直於電磁波的傳播方向。理論而言，只要垂直於傳播方向的方向，振盪的電場可以呈任意方向。假若電場的振盪只朝著單獨一個方向，則稱此為「線偏振」或「平面偏振」；假若電場的振盪方向是以電磁波的波頻率進行旋轉動作，並且電場向量的矢端隨著時間流意勾繪出圓型，則稱此為「圓偏振」；假若勾繪出橢圓型，則稱此為「橢圓偏振」；對於這兩個案例，又可按照在任意位置朝著源頭望去，電場隨時間流易而旋轉的順時針方向、逆時針方向，將圓偏振細分為「右旋圓偏振」、「左旋圓偏振」，將橢圓偏振細分為「右旋橢圓偏振」、「左旋橢圓偏振」；這性質稱為手徵性。 光波是一種電磁波。很多常見的光學物質都具有各向同性，例如玻璃。這些物質會維持波的偏振態不變，不會因偏振態的不同而展現出不同的物理行為。可是，有些重要的雙折射物質或光學活性物質具有各向異性。因此，偏振方向的不同，波的傳播狀況也不同，或者，波的偏振方向會被改變。起偏器是一種光學濾波器，只能讓朝著某特定方向偏振的光波通過，因此，可以將非偏振光變為偏振光。 在涉及到橫波傳播的科學領域，例如光學、地震學、無線電學、微波學等等，偏振是很重要的參數。激光、光纖通信、無線通信、雷達等等應用科技，都需要完善處理偏振問題。 極化的英文原文也是「polarization」，在英文文獻裏，偏振與極化兩個術語通用，都是使用同一個詞彙來表達，只有在中文文獻裏，才有不同的用法。一般來說，偏振指的是任何波動朝著某特定方向振盪的性質，而極化指的是各個帶電粒子因正負電荷在空間裡分離而產生的現象。.

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天空

天空是大氣層或太空可被天體表面的觀測者看到的部分。在地球，晴朗的日間，天空看起來是藍色的。在日出和日落時，天空會偏紅色，但其實天空是無色的。对晴朗天空的能见度一般用视觉深度这个术语来描述。 人可以在天空觀測氣象或天文現象，從而得知天氣變化、時間的流易或自己的方位。日出日落可知一日中的時間，晚上月亮的盈虧可以知道大概一個月的時間。北斗星可以指示北方。雲的厚度和形狀可以知道會否下雨。 在天空可以欣賞到許多美麗的現象，如彩虹、極光和流星雨等。雀鳥會在天空飛翔。 由于石油等化石性燃料使用的增加而产生的悬浮质，特别是那些会在燃烧后释放二氧化硫的煤等燃料的影响，自1973年以来，除了欧洲，天空的能见度正在逐步降低。 地球夏季時，陽光直射北回歸線，北半球晝長夜短，北極出現永晝，南極出現永夜。地球冬季時陽光直射南回歸線，北半球晝短夜長，北極出現永夜，南極出現永晝。.

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太阳光

太陽光，廣義的定義是來自太陽所有頻譜的電磁輻射。在地球，陽光顯而易見是當太陽在地平线之上，經過地球大氣層過濾照射到地球表面的太陽輻射，則稱為日光。 當太陽輻射沒有被雲遮蔽，直接照射時通常被稱為陽光，是明亮的光線和輻射熱的組合。世界氣象組織定義「日照時間」是指一個地區直接接收到的陽光輻照度在每平方公尺120瓦特以上。 陽光照射的時間可以使用陽光錄影機、全天空輻射計或日射強度計來記錄。陽光需要8.3分鐘才能從太陽抵達地球。 直接照射的陽光亮度效能約有每瓦特93流明的輻射通量，其中包括紅外線、可見光和紫外線。明亮的陽光對地球表面上提供的照度大約是每平方米100,000流明或 100,000勒克司。陽光是光合作用的關鍵因素，對於地球上的生命至關重要。.

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地球大气层

地球大氣層，又稱大氣圈，因重力關係而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，大气圈没有确切的上界，在离地表2000-16000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子，在地下、土壤和某些岩石中也会有少量氣體，它们也可視同大气圈的組成部分，地球大气的主要成分為氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體，這些混合氣體即稱為空氣，地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克，相当于地球总质量的百万分之0.86，由于地球引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的熱层、其中99%在低於25～30公里以內，地球高密度大氣的氣壓也相當驚人，海平面每平方公尺所受空氣擠壓高達11公噸，每立方公尺的空氣質量可達1.29kg之多。大氣層保護地表避免太陽輻射直接照射，尤其是紫外線；也可以減少一天當中極端溫差的出現。.

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分子

分子（molecule）是一种构成物质的粒子，呈电中性、由两個或多個原子組成，原子之間因共價鍵而鍵結。能够單獨存在、保持物质的化學性質；由分子組成的物質叫分子化合物。 一個分子是由多個原子在共價鍵中通过共用電子連接一起而形成。它可以由相同的化學元素构成，如氧氣分子 O2；也可以由不同的元素构成，如水分子 H2O。若原子之間由非共價鍵的化學鍵（如離子鍵）所結合，一般不會視為是單一分子。 在不同的領域中，分子的定義也會有一點差異：在热力学中，构成物质的分子（如水分子）、原子（如碳原子）、离子（如氯离子）等在热力学上的表现性质都是一样的，因此，都统称为分子；在氣體動力論中，分子是指任何构成气体的粒子，此定義下，單原子的惰性氣體也可視為是分子。而在量子物理、有機化學及生物化學中，多原子的離子（如硫酸根）也可以視為是一個分子。 分子可根据其构成原子的数量（原子數）分为单原子分子，双原子分子等。 在氣体中，氫分子（H2）、氮分子（N2）、氧分子（O2）、氟分子（F2）和氯分子（Cl2）的原子數是2；固体元素中，黃磷（P4）原子數是4，硫（S8）的是8。所以，氬（Ar）是單原子的分子，氧氣（O2）是雙原子的，臭氧（O3）則是三原子的。 許多常見的有機物質都是由分子所組成的，海洋和大氣中大部份也是分子。但地球上主要的固體物質，包括地函、地殼及地核中雖也是由化學鍵鍵結，但不是由分子所構成。在離子晶體（像鹽）及共價晶體有反覆出現的晶体结构，但也無法找到分子。固態金屬是用金屬鍵鍵結，也有其晶体结构，但也不是由分子組成。玻璃中的原子之間依化學鍵鍵結，但是既沒有分子的存在，其中也沒有類似晶體反覆出現的晶体结構。.

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光

光通常指的是人類眼睛可以見的電磁波（可見光），視知覺就是對於可見光的知覺。可見光只是電磁波譜上的某一段頻譜，一般是定義為波長介於400至700奈（纳）米（nm）之間的電磁波，也就是波長比紫外線長，比紅外線短的電磁波。有些資料來源定義的可見光的波長範圍也有不同，較窄的有介於420至680nm，較寬的有介於380至800nm。 而有些非可見光也可以被稱為光，如紫外光、紅外光、x光。 光既是一种高频的电磁波，又是一種由称為光子的基本粒子組成的粒子流。因此光同时具有粒子性与波动性，或者说光具有“波粒二象性”。.

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光學頻譜

光学频谱，简称光谱，是复色光通过色散系统（如光栅、棱镜）进行分光后，依照光的波长（或频率）的大小顺次排列形成的图案。光谱中的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的唯一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人類大脑視覺所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色，其原因是粉红色并不是由单色组成，而是由多种色彩组成的。参见颜色。.

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瑞利散射

利散射（Rayleigh scattering），由英国物理学家約翰·斯特拉特，第三代瑞利男爵（John Strutt, 3rd Baron Rayleigh）的名字命名。它是半径比光或其他電磁輻射的波长小很多的微小颗粒（例如單個原子或分子）对入射光束的散射。瑞利散射在光通過透明的固體和液體時都會發生，但以氣體最為顯著。 在大氣中，太陽光的瑞利散射會導致瀰漫天空輻射，這也是天空为藍色和太陽偏黃色的原因。 瑞利散射適用於尺寸遠小於光波長的微小顆粒，和光學的“軟”顆粒（即，其折射率接近1）。当顆粒尺度相似或大於散射光的波長时，通常是由米氏散射理論、離散偶極子近似和其它計算技術来處理。 瑞利散射光的強度和入射光波长λ的四次方成反比： I(\lambda)_ \propto \frac 其中\scriptstyle I(\lambda)_是入射光的光強分布函數。 因此，波長較短的藍光比波長較長的紅光更易產生瑞利散射。.

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波长

波长是一個物理學的名詞，指在某一固定的頻率裡，沿着波的传播方向、在波的图形中，離平衡位置的「位移」與「時間」皆相同的两个质点之间的最短距离。在物理學，波長普遍使用希臘字母λ來表示。.

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日出

日出、旦一般是指太陽由東方的地平線徐徐昇起的景象，而確實的定義為日面剛從地平線出現的一剎那，而非整個日面離開地平線。.

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日落

日落、夕陽是每日太陽因為地球自轉的結果而消失在地平線下的現象。因為日沒而創造出的大氣層狀況，包括發生在太陽消失在地平線之前和之後的事件，通常也都與日沒有關。 日落時間在天文學上的定義是太陽盤面的邊緣完全消逝在西方地平線下的時間。由於光線在大氣層內的折射，下沉的陽光路線在接近地平線的附近已經被高度的偏折，使得視太陽日沒時，真實的太陽已經在地平線下約一個太陽的直徑（約0.5°）。日沒不能與薄暮（dusk）混淆，這是黑暗降臨的時刻，此刻太陽位於地平線下18°。從日沒到薄暮的期間稱為暮光。.

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散射

傳播中的輻射，像光波、音波、電磁波、或粒子，在通過局部性的位勢時，由於受到位勢的作用，必須改變其直線軌跡，這物理過程，稱為散射。這局部性位勢稱為散射體，或散射中心。局部性位勢各式各樣的種類，無法盡列；例如，粒子、氣泡、液珠、液體密度漲落、晶體缺陷、粗糙表面等等。在傳播的波動或移動的粒子的路徑中，這些特別的局部性位勢所造成的效應，都可以放在散射理論（scattering theory）的框架裏來描述。.

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