大氣折光差（atmospheric refraction error）是電磁波經過大氣層時，由於傳播路徑產生彎曲及傳播速度發生變化而引起觀測方向或距離的誤差。
基本介紹
- 中文名：大氣折光差
- 外文名：atmospheric refraction error
- 原因：傳播路徑發生變化
- 影響：水平折光差，豎直折光差
- 領域：測繪科學與技術
- 分類：水平、垂直
簡介,影響,測距的影響,測角的影響,形成原因,
簡介
由於大氣受重力作用和自然條件影響，視線通過不同密度的大氣層時測站與目標間形成的一條空間曲線與其弦線間的夾角值（分水平夾角值和垂直夾角值）。大氣折光差在垂直面的投影,即垂直折光差。產生垂直折光差的主要原因是大氣在垂直方向上的密度分布不均勻,它受地理、地貌、時間、氣候等因素影響。
影響
測距的影響
大氣折光對距離的影響，表現在電磁波測距中影響的量值相對較大，必須在測距的同時實測測線上的氣象元素，再用大氣折光模型對距離觀測值進行改正。包括水平折光差（旁折光差）和豎直折光差的改正：前者對水平方向值產生影響，後者對高差產生影響。水平角觀測時，為減弱旁折光差的影響，應避免視線從建築物旁（距離應不小於0.5米）、煙囪附近、近水面的空間上通過；水準測量時，為減弱以至消除大氣折光對高差的影響，應將水準儀安置在前後視距相等處，並選擇豎直折光差較小的時間段進行觀測，且需提高視線距地面的高度；在三角高程測量中，根據實測資料計算大氣折光係數，對單向高差進行改正；選擇氣象條件相同的時段進行雙向觀測後，再取直覘高差與反覘高差的平均數；選擇豎直折光差較小的時間段進行觀測；提高視線距地面的高度等等。從而可減弱以至消除大氣折光對高差的影響。
大氣折光主要影響測距三角高程精度。關於折光係數的精度 ,過去有實驗說明折光係數的中誤差為±0.03～± 0.04。現有文章認為最大的可達±0.16 ,最小只有±0.01 ,相差十幾倍。出現上述現象的原因 ,除了不同地區、山區或平原、或者跨越河流等存在的差異外 ,多數則是估計不準確引起的。因此正確認識折光係數的影響規律 ,尋求準確估計折光係數誤差的方法 ,提高折光係數的代表精度 ,對克服折光係數影響和正確評價測距三角高程的測量精度 ,是具有現實意義的。大氣折光及其對高差的影響當觀測視線通過理想的大氣層時 ,觀測視線是一條直線 ,由於大氣密度分布不均勻 ,使得觀測視線產生一定的彎曲 ,從而給觀測結果帶來影響。
測角的影響
1、大氣折光對水平角的影響
水平折光就是在水平方向上空氣密度是不均勻的，地面冷熱不均形成的空氣環流，形成的水平密度梯度，而產生的折光。大氣的溫度、濕度、密度、太陽照射方位及地形、地物等因素，對測角的影響主要表現在觀測目標成像質量，觀測視線的彎曲等方面。
一般情況下，除視線遠離地面，或兩側的地形和地面覆蓋物完全相同外，都會在不同程度上存在水平這關的影響。由於視線通過的大氣層非常複雜，因此無法用一個公式來計算出水平這關的數值，只能總結一些規律：
（1） 由於白天和黑夜大氣溫度變化的情況相反，因此水平折光對方向值的影響，白天與夜間的數值大小趨近相等，符號相反。
（2） 視線越靠近對熱量吸收和輻射快的地形、地物，水平折光影響就越大。
（3） 視線聽過形成水平折光的地形、地物的距離越長，影響越大。
（4） 視線兩側空氣密度懸殊越大，水平折光影響越大。
（5） 視線方向與水平密度梯度方向月垂直，水平折光影響越大。
從上述規律不難看出，就測站的某一方向而言，在相同的觀測時間和類似的氣象條件下，水平折光總是偏向某一側，對觀測方向值產生系統影響。進而對水平角測量來了不可避免的誤差，根據精度要求標準是否進行平差改正。
2、大氣折光對垂直角的影響
大氣總的分布趨勢是上稀下密，光線通過地表的大氣時，必然長生連續性的向地面一側的偏折，似的光線的路徑為弧線。即視線不是直線而是弧線，視線偏折的距離就稱為大氣垂直折光差，簡稱氣差。視線這種彎曲還可以這樣形象的理解：當一束光線在上稀下密的空氣中傳播時，由於上冊在稀空氣中運行，速度快，下側在密空氣中運行，速度慢，必然產生向下的慢轉彎現象，也就是說視線向彎向空氣密度大的一側。這種系統誤差是測量工作中對精度產生影響的因素之一。
形成原因
地球大氣是一種典型的隨機非均勻介質，在地面進行光學觀測總要受大氣的影響，而大氣介質對光傳播的影響主要體現在空氣中的塵埃的散射作用，關在任意方向上的偏離直線傳播。而根據自然地理學可知道，隨著海拔高度的上升，大氣柱的重量減少，所以氣壓隨高度升高而降低。氣壓隨高度變化的實際情況與氣溫和氣壓條件有關。由於熱力和動力的原因，在同一水平面上氣壓的分布是不均勻的。氣壓相同的條件下，氣柱溫度愈高，單位氣壓高度差愈大，氣壓垂直梯度愈小。因此，當空氣受熱狀況有差異時，暖區的氣壓垂直梯度比冷區小。在相同氣溫下，氣壓愈高，單位氣壓高度差愈小，氣壓垂直梯度愈大。基於這兩點，在地面受熱較強的暖區，地面氣壓常比周圍低，而高空氣壓往往比同一海拔高度的鄰區高；在地面熱量損失較多的冷區，地面氣壓常比周圍高，而高空氣壓往往比周圍低。所以大氣的密度分布不均造成了大氣折光。
