水文循環(huán)的大氣過程

大氣傳輸特性大氣散射

散射是指磁輻射在非均勻媒質(zhì)或各向異性媒質(zhì)中傳播時(shí)，改變原來傳播方向的現(xiàn)象。大氣散射是電磁輻射能受到大氣中微粒(懸浮粒子及大的分子如大氣分子或氣溶膠等)的影響，而改變傳播方向的現(xiàn)象。其散射強(qiáng)度依賴于微粒大小、微粒含量、輻射波長和能量傳播穿過大氣的厚度。

A．選擇性散射——散射強(qiáng)度與波長有關(guān)

　　a)瑞利散射（Rayleigh）

當(dāng)引起散射的大氣粒子直徑遠(yuǎn)小于入射電磁波波長（d<<λ）時(shí)，出現(xiàn)瑞利散射。大氣中的氣體分子氧氣、氮?dú)獾葘梢姽獾纳⑸鋵俅祟悺Ｋ纳⑸鋸?qiáng)度與波長的4次方成反比。波長越短、散射越強(qiáng)，且前向散射與后向散射強(qiáng)度相同。晴朗的天空，可見光中的藍(lán)光受散射影響最大，所以天空呈藍(lán)色。清晨太陽光通過較厚的大氣層，直射光中紅光成分大于藍(lán)光成分，因而太陽呈現(xiàn)紅色。大氣中的瑞利散射對可見光影響較大，而對紅外的影響很小，對微波基本沒有多大影響。

瑞利散射圖解

大氣傳輸特性米氏散射

當(dāng)引起散射的大氣粒子的直徑近于等于入射波長（d）時(shí)，出現(xiàn)米氏散射。大氣中的懸浮微粒如水滴，塵埃、煙、花粉、微生物、海上鹽粒、火山灰等氣溶膠的散射屬此類。其前向散射大于后向散射。米氏散射多在大氣低層 0—5km，其強(qiáng)度受氣候影響較大。

B．無選擇性散射——散射強(qiáng)度與波長無關(guān)

當(dāng)引起散射的大氣粒子的直徑遠(yuǎn)大于入射波長（d>>λ）時(shí)，出現(xiàn)無選擇性散射。其散射強(qiáng)度與波長無關(guān)。大氣中水滴、塵埃的散射屬此類。它們一股直徑5—100μm，并大約同等的散射所有可見光、近紅外波段。正因?yàn)榇祟惿⑸鋵λ锌梢姽鈪^(qū)段蘭、綠、紅光的散射是等量的，因而，我們觀察云、霧呈白色、灰白色。

散射對遙感數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憳O大。大氣散射降低了太陽光直射的強(qiáng)度，改變了太陽輻射的方向，削弱了到達(dá)地面或地面向外的輻射，產(chǎn)生了天空散射光，增強(qiáng)了地面的輻照和大氣層本身的“亮度”。它是造成遙感圖像輻射畸變、圖像模糊的主要原因。散射使地面陰影呈現(xiàn)暗色而不是黑色，使人們有可能在陰影處得到物體的部分信息。此外，散射使暗色物體表現(xiàn)得比它自身的要亮，使亮物體表現(xiàn)得比它自身的要暗。因此，它降低了遙感影像的反差（對比度），降低了圖像的質(zhì)量（清晰度）以及圖像上空間信息的詳度，因此，攝影像機(jī)等遙感儀器多利用特制的濾光片，阻止藍(lán)紫光透過以消除或減少圖像模糊，提高影像的靈敏度和清晰度。