[科普中国]-天空漫射

天空漫射（Diffuse sky radiation）是阳光直接被地球大气层中的分子或悬浮粒子散射而改变了行进方向之后，经过才抵达地球表面的太阳辐射，这些以光子为主的辐射很可能经过不只一次的散射、反射，最终以叠加的型态进入观测者的眼中，是天空会有颜色变化的主因，其变化就是随着“辐射入射角”（时间）及“最短路径上的阻碍”（天候状况、空气污染程度）造成颜色变化。它也被称为天光（skylight）、 漫射天光（diffuse skylight）、或天空辐射（sky radiation）。来自太阳的阳光大约有总量的三分之二（根据在大气层中的灰尘和烟雾含量，在太阳高悬时大约为有25%的入射辐射直接被散射）会在大气层中被散射，最终成为弥散的天空辐射抵达地球表面。

简介天空漫射（Diffuse sky radiation）是阳光直接被地球大气层中的分子或悬浮粒子散射而改变了行进方向之后，经过才抵达地球表面的太阳辐射，这些以光子为主的辐射很可能经过不只一次的散射、反射，最终以叠加的型态进入观测者的眼中，是天空会有颜色变化的主因，其变化就是随着“辐射入射角”（时间）及“最短路径上的阻碍”（天候状况、空气污染程度）造成颜色变化。它也被称为天光（skylight）、漫射天光（diffuse skylight）、或天空辐射（sky radiation）。来自太阳的阳光大约有总量的三分之二（根据在大气层中的灰尘和烟雾含量，在太阳高悬时大约为有25%的入射辐射直接被散射）会在大气层中被散射，最终成为弥散的天空辐射抵达地球表面。

在大气层中的重要过程是瑞利散射和米氏散射的弹性过程，光线的波长不变，没有被吸收，但从原有的路径偏折。1

概述光在传播中如果遭遇微小的粒子，就会产生散射。散射粒子越小，散射的光谱越在短波的范围里，而空气中充满了氧和氮的分子，它们的大小甚至于比短波的波长还短，散射出来的光就都会在紫、蓝、绿的范围。

当一束平行的入射光线射到大气层云朵时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射。在白昼时，阳光经过比较薄的大气层，散射的结果就呈现到处都是蓝色的情景。而且因为大气中到处都散射出蓝色的光谱，所以我们无法依照肉眼的感觉判断天有多高。但在黄昏或日出时分，因为阳光必须穿过比较厚的大气层，其中蓝光波段的光已经在前面被散射殆尽了，只剩下红、橙、黄等比较偏红的颜色，所以天色看起来是橘红色的。

不过并不是所有地方看到的夕阳都像艺术照片那样的饱满色彩，只有当大气中有比分子稍大的粒子（例如盐粒、小小水滴、灰尘、烟灰、细火山灰，越大的粒子越能散射红光；但如果大太多散射就中止，而变成反射了，更大的粒子则造成吸收）时，光谱才会比较在红色的范围。所以许多绚烂的夕阳景色都是在海边拍摄的，因为那里充满了比较会散射红光的盐粒。2

颜色阳光普照的天空是蓝色的，因为空气散射的短波长光比长波长的多。由于蓝色的光是在可见光波长的短波端，因此它在大气中的散射比红光强烈。这样的结果是人类的眼睛望向天空时，感受到的阳光颜色是蓝色的这一部分。感受到的颜色类似于474至476奈米的单一蓝色光与白光的混合，也就是未饱和的蓝色光。

接近日出和日落时，我们看见的阳光几乎都是以接近切线的角度抵达地球的表面，这时大部分的光线会发生折射。因为短波光的折射角大，所以大部分的短波光都被折射掉了，剩下的就只有大波长的光系了。因此日出和日落时，你能看见的红光会强过其他任何颜色的光。

散射和吸收是辐射在大气层中衰减的主要原因。散射的效率是随着粒子的直径和波长的比率而改变的函数。当直径比波长在1:10的比率时，瑞利散射发生散射效率的系数是波长的四次方。在直径比波长比率较大时，散射效率的变化需要比较复杂的形式来描述，对球型的粒子，适用米氏理论，它的比率约为10，几何光学开始适用。2

中性点沿着通过太阳的地平经圈有三个点（称为中性点），常用来检测天空漫射的零偏极化。

阿拉戈点：以它的发现者的名字命名，通常位于反日点之上20°，但当空气混浊时它的高度会提高。这种性质使得阿拉戈点的距离成为测量大气浊度的一个有用工具。

巴比内点：巴比内在1840年发现的，它在太阳上方大约15°至20°，因此受到太阳眩目光辉的影响，很难观测这个点。

布鲁斯特点：布鲁斯特在1840年发现的，它在太阳下方大约15°至20°，因此同样受到太阳眩目光辉的影响，很难观测这个点。2

多云的阴暗天空基本上，在阴霾的天气下没有直射的阳光，所以天空中所有的光都是天空漫射的辐射。因为云滴的颗粒都比光的波长还大，对所有颜色的光都一样的散射，所以光通量与波长完全无关，方式与磨砂玻璃相似。阳光透过的强度减弱程度从相对较薄云层的六分之一，到极端最厚的乌云只透过直射量的千分之一。

云朵颜色不下雨的云主要由云滴（小水滴）所组成，云滴比分子大许多，大致为20微米大小的云滴可以散射出各种光谱，但因为云是一团紊乱的对流体，云滴的分布也是非常杂乱的，向四面八方散射的各种颜色的光，加在一起就成了白色。而再大一点的云滴或水滴已经足够构成反射的条件，白色的阳光被反射出去后当然是白色的。

而较厚的云朵却是灰白色是因为当阳光射入云里面时，如果云里面都是比较细小的云滴或雨滴的话，就会产生散射或反射，使穿透的阳光减少，所以越到云的底部，光线越弱。据了解，只要云层厚度超过一千米，就几乎没有光线可以穿透了。发展比较旺盛的云，里面的水滴比较大，这时水滴扮演的是反射及吸收阳光的角色，光线的穿透力就更弱。所以会下雨的云都是乌黑的，而且云越黑表示对流越强，云里面的水滴越多、越大。发展强盛的云，通常其上层一定有许多冰晶，光在冰晶中的穿透力比在水滴中还弱许多。2

相关条目Aerial perspective

Cyanometer

日光（Daylight）

夜间气辉

廷得耳效应（Tyndall effect）

瑞利散射

Rayleigh Sky Model

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所