大氣傳輸特性是指電磁波在大氣中傳輸時輻射能量衰減的規律。因大氣的吸收和散射，太陽輻射到地面目標以及地面物體反射或發射電磁波到感測器之間，輻射能量均會發生衰減。
基本介紹
- 中文名：大氣傳輸特性
- 外文名：Atmospheric propagation characteristics
- 定義：電磁波在大氣中傳輸時的規律
- 原因：大氣的吸收和散射
- 特點：輻射能量均會發生衰減
- 領域：物理學
簡介,大氣散射作用,分子散射,氣溶膠散射,非選擇性散射,大氣對輻射傳輸的影響,大氣散射,米氏散射,
簡介
大氣傳輸特性是指電磁波在大氣中傳輸時輻射能量衰減的規律。因大氣的吸收和散射，太陽輻射到地面目標以及地面物體反射或發射電磁波到感測器之間，輻射能量均會發生衰減。這種大氣效應對遙感數據的質量及波段選擇具有重要影響。有關電磁波在大氣中傳輸的散射機制、吸收機制及其與電磁波波長的密切關係和大氣的氣象特性等，都是大氣傳輸特性研究的主要內容。
大氣散射作用
太陽光在大氣傳輸過程中,被散射和吸收,散射光可以由傳播方向、頻率、位相角、振幅和偏振表示。輻射度測量可以得到光的散射強度等參數,但是,大氣散射輻射具有偏振特性,因此,進行偏振測量是有意義的。大氣偏振信息的獲取是基於偏振輻射的測量,在得到偏振信息的同時,也獲得了輻射度信息。大氣散射輻射的偏振狀態（或退偏振狀態）對散射體的形狀和尺度十分敏感。因而,可以根據偏振態隨散射角等的變化,反演大氣的光學和物理參數,即在分析測得的偏振特性的基礎上,求得氣溶膠的尺度譜、數密度、形狀和折射率數據等。
分為：
分為：
分子散射
亦稱瑞利散射。其特點是輻射波長比散射粒子的尺寸大得多，散射係數與波長的4次方成反比。如太陽光中波長較短的藍光被散射到地面，使天空呈藍色。這種藍色散射輻射在遙感中用處不大，航空攝影時用黃濾色鏡濾掉；
氣溶膠散射
亦稱米氏（Mie）散射。在霧、霄、雨和渾濁液體中成像由於粒子的散姑和吸收作用,拍攝的圖像會發生不同程度的退化,導致成像模糊、對比度下降等問題。發生在波長與散射粒子的大小差不多時。散射粒子如塵埃、煙霧、霾等。大氣霾所產生的米氏散射往往會使光學波段的多波段影像質量變壞，這種散射還使雲、霧呈白色；
非選擇性散射
即散射粒子的粒徑比輻射波長大得多時發生的散射，散射係數與波長無關。當大氣中充滿大粒子塵埃時，常會出現這種散射，造成接收數據的嚴重衰減。大氣的吸收作用表現在大氣散射過程中，輻射一方面被大氣粒子反射或折射，另一方面也被粒子吸收。如大氣中的水汽、二氧化碳和臭氧，在某些波段會產生強烈的吸收帶，削弱了大氣對電磁波輻射的透明度，並造成了電磁波在大氣傳輸中的一些不連續的“大氣視窗”。這些大氣視窗是電磁輻射在大氣中傳輸損耗很小的波段，成為選擇最佳工作波段的依據。
大氣對輻射傳輸的影響
大氣散射
散射是指磁輻射在非均勻媒質或各向異性媒質中傳播時，改變原來傳播方向的現象。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象。其散射強度依賴於微粒大小、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——散射強度與波長有關
a)瑞利散射（Rayleigh）
當引起散射的大氣粒子直徑遠小於入射電磁波波長（d<<λ）時，出現瑞利散射。大氣中的氣體分子氧氣、氮氣等對可見光的散射屬此類。它的散射強度與波長的4次方成反比。波長越短、散射越強，且前向散射與後向散射強度相同。晴朗的天空，可見光中的藍光受散射影響最大，所以天空呈藍色。清晨太陽光通過較厚的大氣層，直射光中紅光成分大於藍光成分，因而太陽呈現紅色。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。
當引起散射的大氣粒子直徑遠小於入射電磁波波長（d<<λ）時，出現瑞利散射。大氣中的氣體分子氧氣、氮氣等對可見光的散射屬此類。它的散射強度與波長的4次方成反比。波長越短、散射越強，且前向散射與後向散射強度相同。晴朗的天空，可見光中的藍光受散射影響最大，所以天空呈藍色。清晨太陽光通過較厚的大氣層，直射光中紅光成分大於藍光成分，因而太陽呈現紅色。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
瑞利散射圖解米氏散射
當引起散射的大氣粒子的直徑近於等於入射波長（d）時，出現米氏散射。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。其前向散射大於後向散射。米氏散射多在大氣低層 0—5km，其強度受氣候影響較大。
B．無選擇性散射——散射強度與波長無關
當引起散射的大氣粒子的直徑遠大於入射波長（d>>λ）時，出現無選擇性散射。其散射強度與波長無關。大氣中水滴、塵埃的散射屬此類。它們一股直徑5—100μm，並大約同等的散射所有可見光、近紅外波段。正因為此類散射對所有可見光區段蘭、綠、紅光的散射是等量的，因而，我們觀察雲、霧呈白色、灰白色。
散射對遙感數據傳輸的影響極大。大氣散射降低了太陽光直射的強度，改變了太陽輻射的方向，削弱了到達地面或地面向外的輻射，產生了天空散射光，增強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得比它自身的要亮，使亮物體表現得比它自身的要暗。因此，它降低了遙感影像的反差（對比度），降低了圖像的質量（清晰度）以及圖像上空間信息的詳度，因此，攝影像機等遙感儀器多利用特製的濾光片，阻止藍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。
B．無選擇性散射——散射強度與波長無關
當引起散射的大氣粒子的直徑遠大於入射波長（d>>λ）時，出現無選擇性散射。其散射強度與波長無關。大氣中水滴、塵埃的散射屬此類。它們一股直徑5—100μm，並大約同等的散射所有可見光、近紅外波段。正因為此類散射對所有可見光區段蘭、綠、紅光的散射是等量的，因而，我們觀察雲、霧呈白色、灰白色。
散射對遙感數據傳輸的影響極大。大氣散射降低了太陽光直射的強度，改變了太陽輻射的方向，削弱了到達地面或地面向外的輻射，產生了天空散射光，增強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得比它自身的要亮，使亮物體表現得比它自身的要暗。因此，它降低了遙感影像的反差（對比度），降低了圖像的質量（清晰度）以及圖像上空間信息的詳度，因此，攝影像機等遙感儀器多利用特製的濾光片，阻止藍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。
