הקדמה לאור Scattering

אור מפוזר באווירה שולט רבים של תופעות חזותיות ומסתוריות שאנו רואים מדי יום – מהכחול העמוק של השמיים של אמצע היום ועד לאדום העשיר של זריחת השמש והשקיעה. ברמה בסיסית, פיזור מתרחש כאשר קרן של קרינה אלקטרומגנטית פוגש חלקיק או מולקולה והוא מופנה לכיוונים רבים.הבנת תהליך זה אינו חיוני רק כדי להסביר השפעות אופטיות יומיומיות אלא גם לפרש חישה מרחוק, שיפור מודלים אופטיים, אופטיים, ומודלים אופטיים, עיצוב לתוך ויזואליים.

אופי הפיזור תלוי במספר פרמטרים מרכזיים: גודל הפזורה יחסית לאורכי הגל של האור, צורתו, מדד השבירה שלו, וזווית ההתבוננות היסטורית, פיזור האור מסווג באופן רחב לשני משטרים: FLT:0RayleighFLT:1 עבור חלקיקים קטנים הרבה יותר מאשר אורך הגל, ו-LT2M מתפזרת רמה גבוהה יותר של ספקטרום פיזיקלימי, בעוד שדומה לקטגוריות של גל או מורכבות יותר מאשר לשילוב של תאים פיזיים.

מודלים אופטיים פיזיים הולכים מעבר לריטריון גיאומטרי פשוט שמסתובבים על ידי פתרון, או נספח הגל בתנאים מציאותיים של גבולות.הם הכרחיים למצבים שבהם טבע הגל של האור הוא דומיננטי, כגון כאשר פיזור זוויות גדולות, כאשר החלקיק אינו spherical, או כאשר אירועים מרובים מתפזרים מתרחשים.בפיזיקה אטמוספרית, מודלים אלה מאפשרים לאחזר תכונות פתורות ממולקולות, סימולציה של קרינת גלקסיות וגלות של מזהמים, וגלומים של מזהמים, ומזהמים.

יסודות האור שמצמצמצוע ב-Atmosphere

תפקיד ה- Particle Size: Rayleigh vsus Mie

(ב) מבדילה הבסיסית ביותר בפיזור אור אטמוספרי (אנ') ניתנת ביחס לרדיוס החלקיקים (FLT:0rreaFLT:1) לגלימה של גל:2 λFLT 3:3 גודל זה מוגדר כ- 17:5=2 ⁇ ) אשר הוא אור השמש התפזר על ידי השמש הכחולה, אשר פיזורו יותר מ-1,5=2 ⁇ (R) אשר הוא ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר LT:0xigmLT:1 הוא של סדר 1 או גדול יותר, התוספת ריילי מחיאות כפיים נכשלת ואת התיאוריה המלאה Mie פיזור, נגזר על ידי גוסטב מי בשנת 1908, חל על חלקיקים spherical של כל גודל ומספק פתרונות מדויקים עבור שדה מפוזרים, טיפות מים בעננים, אבק, דגנים אבק, ודגנים אבק, בדרך כלל נופל לתוך משטר מי פיזור בהיר (כמוני) אשר הם בבירור גלי חום נראה כמו גם כן, אשר הם פחות אורכי גל חזק יותר מאשר גל בהירה).

Beyond Size: Shape, Structure, and Morphology

(החלקיקים האטמוספריים) הם לעתים קרובות לא-ספיריים – גבישים של שקרים הם תולעים hexagonal, דגנים של אבק מינרלים אינם סדירים, ו soot מצטברים הם אשכולות מורכבים של fractals.עבור חלקיקים כאלה, תאוריה מי היא לא מספיק כי הוא מניח ייצוג phericity מושלם של פני השטח (Dicials) או מודלים אופטיים של מקסוול (DPTD2D) חייב לקחת בחשבון את הצורה המדויקת של חלקיקים, לעתים קרובות באמצעות טכניקות מספריות (DLTDLTD2Dipicial:

הקומפוזיציה גם משנה. particles עשוי להיות הומוגני או שכבתי, עם ציפויים של אינדיקציות השבירה שונות.לדוגמה, ליבות סווט ממצופה חומר אורגני או sulfate להציג התנהגות מפוזרת וקליטה שונה מאשר סווט חשוף. בדומה, חלקיקים ביולוגיים (פולן, חיידקים) יש אינדיקציות קירור משתנות בתוך החלקיק.

מודלים אופטיים: יסודות תאורטיים

ההשלכות של מקסוול והבעיה המזעזעת

בלב כל מודל אופטיקה פיזי הם משוואות מקסוול.עבור תקרית גל מונוכרומטי על חלקיק מוטבע במדיום הומוגני, השדה החשמלי הכולל יכול להיות כתוב כסכום של שדה האירוע ואת השדה מפוזר.המטרה היא למצוא את השדה מפוזר בכל נקודות מחוץ לחלקיק.זה מהווה ערך גבולי שבו שדות בתוך ומחוץ לחלקיק חייבים לספק תנאים הרצף על פני השטח.

עבור חלקיקים spherical, הפרדת משתנים בקואורדינטות spherical מניבה את הפתרון Mie כסדרה אינסופית של הרמוניות spherical ו- Bessel פונקציות. עבור חלקיקים לא-ספיריים, פתרונות אנליטיים זמינים לעתים רחוקות, כך שיטות מספריות מועסקות.

  • (FLT:0) שיטת T-Matrix:FLT:1 שיטה זו מרחיבה את האירוע ואת שדות מפוזרים בפונקציות גל spherical ומתייחסת אליהם באמצעות ממטריקס מעבר (T-matrix) היא יעילה מאוד עבור חלקיקים אקס-סימטריים (spheroids, cylinders) ויכולה לטפל חלקיקים עד כמה עשרות אורכי גל בגודל.
  • (FLT:0) הדיסקרט Approximation (DDA): ההרחבה 1 (DDA): החלקיק מיוצג כמערך של קטפולנים מקוטבים.התגובה של כל dipole לשדה החשמלי המקומי היא קוהההההההההההההההההההההההההההההההההה באופן עצמאי, תוך תשואות ותכונות הקליטה.

התוספת הנולדת וההתמדה האנומית

בחלק מהמשטרים, שיטות אנליטיות משוערות מספקות תובנה שימושית ללא חישוב מספרי מלא.המדד:0 Born approximationFLT:1 (תיאורית ההפוגה הראשונה) חל כאשר החלקיק הוא רך אופטי (אינדקס Fractive קרוב למדיום הסובב), הוא מתייחס לשדה המפוזר כסכום של תרומות מכל נקודה בתוך החלקיק, בהנחה שהשדה הוא רק חלש עבור כמה חלקיקים קטנים או פגומים כמו גם לספוגים.

מודל ה-FLT:0 (אנ') ,0) , מאופיין במודל של ון דה הולט, הוא החל חלקיקים גדולים, רכים.הוא משלב את הקרע דרך החלקיק עם דיפרקציה סביב הקצוות שלו, מתעלם מההבנה.מודל הזה לוכד את הפיזור הרחב קדימה, ויכול לשמש כדי להפיק את כל צומת ההכחדה.

מפתח גלי Phenomena במודלים של אופטיקה

דיפרציה

דיפרקציה נובעת מהטבע הגל של האור וההיקף הסופי של החלקיק.כאשר גל מטוס פוגש חלקיק, החסימה גורמת לגל הקדמי להתפשט לאזור הצל הגיאומטרי.זה מתואר על ידי דיפרנציציה של Fraunhofer עבור חלקיקים גדולים (תבנית האווירית המוכרת לגוון מעגלי) בדוגמת חלקיקים, באופן אוטומטי נכללת ברזולוציה גבוהה יותר מאשר דפוס גל רחב יותר, אשר נמצא במרחק גבוה יותר מאשר את הספקטרום הקדמי, עם דפוס רוחבי רוחבי עמוק, הוא גבוה יותר, עם דפוס רוחבי, הוא גבוה יותר, עם דפוס רוחבי עמוק, הוא גבוה יותר, עם פיזור רוחבי, הוא גבוה יותר, עם פיזור רחב יותר, הוא גבוה יותר, מאשר את הספקטרום רחב יותר, עם דפוס רוחבי רוחבי, עם דפוס רוחבי, עם פיזור עמוק קדימה, עם דפוס רוחבי עמוק קדימה, עם פיזור רוחבי, עם פיזור רוחבי, הוא גבוה יותר, הוא גבוה יותר, עם פיזור רחב יותר, עם פיזור רוחבי עמוק קדימה, הוא גבוה יותר, עם דפוס רוחבי עמוק קדימה, הוא גבוה יותר, הוא גבוה יותר, הוא גבוה יותר, עם דפוס רוחבי, הוא גבוה יותר מאשר את הספקטרום רחב יותר מאשר את הספקטרום רחב יותר מאשר את ה

ההבדל

ההתערבות מתרחשת כאשר שני גלים קוהרנטיים חופפים.במקרה מתפזר, הגלים מפוזרים מחלקים שונים של החלקיק יכולים להפריע בצורה בונה או הרסנית, לייצר וריאציות זוויתיות בעוצמה.לדוגמה, ה-FLT:0rainbowwwrioFLT:1 הוא תוצאה של התערבות קונסטרוקטיבית לאחר השתקפות פנימית אחת בתוך טיפה מים, אפקט הדורש תיאור גל (למרות ש-אופטימי מספק את המולקולות אלה ניתן לתפוס את המולקולות).

ההתערבות ממלאת תפקיד ב-FLT:0 [התופעה] של קורונהארפל:1 [התופעה] – טבעות צבעוניות ממוקדות סביב השמש או הירח המיוצרות על ידי דיפרציה והתערבות מ טיפות מים קטנות בעננים דקים.ההההה הזווית הזוויתית של הטבעות קשורה ישירות להתפלגות גודל הנפילה, מה שהופך את כלואה לתצפיות בעלות נמוכה לניטור של מיקרופיזיקה.

Polarization

(המצב הקיטוב של האור - הכיוון של וקטור השדה החשמלי - משתנה מאוד על ידי פיזור ריילי מייצרת אור מקוטב לחלוטין בזווית של 90 מעלות פיזור (הקוטב המקסימלי למטוס הפיזור) מיוזר מחלקיקים גדולים יותר מציג תבניות קיטובות מורכבות, תלויות בגודל חלקיקים, צורה וכיוון פיזיקלי, מזהמים את הקטור המלא של שדה מבוזר: 1Foltexates-Foltexates-Foltexateer, לדוגמה, כלומר:

מידת הקיטוב ליניארי (DoLP) היא אינדיקטור רגיש של צורת חלקיקים: אווירוסולים לא מפוצצים מייצרים חתימות קיטוב זוויתיות שונות מאשר אלה spherical.זה קריטי להפרדה בין אבק מינרלים לבין sulfate aerosols בריוולים לווייניים.

יישומים בפיסיקה אטמוספרית ומסרים מרוחקים

השמיים הכחולים והרדינס

היישום הקלאסי של פיזור ריילי הוא השמים הכחולים.שמש עובר דרך האווירה הוא Rayleigh-scattered על ידי מולקולות אוויר (N2 ו- O2, אשר יש גדלים -0.1 nm, הרבה יותר קטן מאשר אורכי גל גלויים). פיזור coefficient משתנה כמו ⁇ 4, כך אור כחול (450 nm) מפוזר בערך 9 פעמים יותר מאשר אור אדום (650m) בזווית נמוכה השמש, 000, 000, 000, 000 קרינת אור אדום יותר, 000, 000, 000 הוא ארוך יותר, 000 אור אדום, 000 אור אדום, 000 אור אדום יותר, 000, 000 אור אדום, 000, 000 הוא ארוך יותר, 000 הוא ארוך יותר, 000 אור אדום יותר, 000 אור אדום, 000, 000, 000 אור אדום יותר, 000 הוא ארוך יותר, 000 סגסוגת אור אדום, 000 אור אדום, 000 סגסוגת אור אדום, 000 סגסוגת אור אדום, 000 זחלת, 000 סגסוגת אור אדום יותר מטווח קצר יותר, 000 הוא ארוך יותר אור אדום, 000 הוא ארוך יותר אור אדום, 000 סגסוגת אור אדום, 000 מפוזרח, 000 הוא ארוך יותר אור אדום, 000 סגסוגת אור אדום, 000 מפוזרח, 000 מפוזרבאט אדום

Halos, Glories, and Sundogs

גבישי קרח בענני cirrus מייצרים מגוון עשיר של תופעות אופטיות, כולל 22% hlo, כלבי שמש, וגלי קשתות circumzenithal. אלה נובעים מנקמה והשתקפות דרך prise קרח hexagonal. בעוד אופטיקה גיאומטרית יכול לחזות את נתיבי הגל הראשוניים, מודלים אופטיים פיזיים נדרשים להסביר את ההתפלגות, מבנה רכה, וגלומטר של קרינת ניקלקולרית של 2, כמו גם כן, 000 אחורית אחורית אחורית).

המונחים: aerosol Remote Sensing

חישובים מבוססי לוויין של אווירוסולנים מסתמכים על השוואת מדדים מעל ל-atmosphere קורננס עם טבלאות טרום-מקודש שנוצרו ממודלים פיזור אופטיים פיזיים.לדוגמה, שלב FLT:0Moderate (Discotial Imaging Spectroרדיומטר 1) משתמש בגרסאות כהות, עמוקות, כחולות, ומבדילות בין מודלים של פחמן-Darate (Op) ל-Darateicicicicicicicicicicicicicicial מחסנים).

רשתות מבוססות קרקע כמו FLT:0[עריכת קוד מקור | עריכה][דרוש מקור] שימוש בגלימות קרינת השמיים בזווית מרובות ואורך גל כדי לאחזר עומק אופטי, התפלגות גודל, אינדקס השבירה, וצורה.הקודים הדומים המשמשים את AERONET בנויים על ספריות אופטיות פיזיות כגון FLT:2Mätzlers MATLe של MAABE ו-Fv5 פיזור של קודים, אשר מכיל לעתים קרובות מיקרו-Fv3.

Cloud Microphysics and Radiative Transfer

מודלים אופטיים פיזיים חיוניים להבנת התכונות הרדיואקטיביות של עננים. טיפות ענן יש גדלים ממספר מיקרונים לעשרות מיקרו-RTns, נופלים בריבוע במשטר Mie. פרמטר הסימטריה:0giguaFLT:1 (הקופס הממוצע של פרמטר מבוזר) קובע כמה קדימה קרינה מטוהר דרך הענן: עננים,2Fal פיזור, כגון פרמטרים אופטיים של קרינת אלקטרו-אפ (D) ואפקטים של קרינת אלקטרו-מדומים (DV).

(הענני קרח הם מאתגרים יותר משום שגבישים קרח קיימים בהרגלים רבים (ע"מ, צלחות, מחטים, עליות כדוריות) המתפזרים אור באופן שונה.מודלים אופטיים פיזיים (למשל, ה-FLT:0ray-tracing with diffractionFLT:1 או על ידי PolarFLT:2imrated sole אופטיים: LTF:3) משמשים לאפקטים של קרינה מסוג זהה-DValation (L) לאפקטים של אלגוריתמים (LOR) לאפקטים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של ה-DValgon 5.

נושאים מתקדמים וטכניקות מתפתחות

(ב) כאשר עובי אופטי של שכבת אווירול או ענן גדול ( ⁇ > 0.1), פיזור מרובים הופך חשוב.כל פוטון עשוי לעבור כמה אירועים פיזור לפני ההגעה החיישן או לעזוב את האווירה.מודלים אופטיים פיזיים עבור מספר פיזור משוואה העברה ורדיונית (VRTE), אשר מהווה מספר פיזור של ריצוף מלא ושיטת המריצה (Ralphtf:0 MonteFreatrea) של מערכת הדמיה (Derd) ו-Ferd 5Derd)

אפקט ה-Backscattering and Resistance Effect

(האפקט המכפלה המעודן אך חשוב הוא חיפוי (CBS), הידוע גם כאפקט ההתנגדות.כאשר מדיום המורכב מחלקיקים רבים מואר, גלים שמנוגדים לאותה הדרך בכיוונים מנוגדים יכולים להפריע בצורה קונסטרוקטיבית, המוביל לשיא חד בשקף בדיוק בכיוון ה backscattering.אפקט זה נצפה בחבילות ענן, פני השטח, וכוכבי הלכת הנטורדמים (Fericial) עם LTd) זה חייב להיות מכווץ את היישר את היישר את היישר את היישר את היישר את היישר את היישר את היישר את היישר עם לוויינים (avdowdial) באופן מלא של כדור הארץ (כמו אפקט של LTericial) עם LT) באופן מלא של LTericial) עם LTFervd) באופן מלא של LTericial שידורים) עם LTervto-Fericial שידורים (מחדש של LTericial) עם LTertrast) באופן מלא של LTericial שידורים) באופן מלא של לוויינים).

בעיות סופר-פתרון וקשיים מנוגדים

בעיות הפוכה נועדו לאחזר תכונות חלקיקים מ מדידות של אור מפוזר.בגלל מיפוי לא ליניארי מגודל וצורה לעוצמה מפוזרת, מודלים אופטיים פיזיים בשילוב עם אלגוריתמי אופטימיזציה (למשל, Levenberg-Marquardt, Bayesian inversion, רשתות עצביות) משמשים לפתרון הבעיה המעוותת של סטיות פיזיות, כולל שימוש בגרסאות למידה עמוקה של תחליפיות פיזיות, כאשר הן יכולות להיות מדויקות יותר של מודלים של סטיות פיזיקליפות.

מסקנות ו- Outlook

מודלים אופטיים פיזיים מספקים גשר חיוני בין תורת הגל היסודי של אור לבין המציאות המורכבת של חלקיקים אטמוספריים.על ידי במפורש כולל דיפרקציה, הפרעה, קיטוב, מודלים אלה ללכוד את העושר של תופעות פיזור כי אופטיקה פשוטה לא יכול לחזות.מסביר את הצבעים של השמים כדי לשחזר תכונות אווירול מהחלל, אופטיקה פיזית תחת pins הרבה של מדע מודרני.

התפתחויות עתידיות יתמקדו במספר תחומים: FLT:0imified ProductalivityFeloment: 1 לדגמי האנסמבל-המתוכמים של חלקיקים בלתי סדירים (למשל, באמצעות מסדי נתונים מראש או חיקויים למידת מכונה), FLT:2betterization של מודלים מורכבים של הדמיה מורכבת של מערכת אופטיקה 3, כגון fractal soots מצטברים או חלקיקים ביולוגיים, ו-Finsolation, כמו התחממות מהירה של התחממות כדור הארץ, כמו התחממות גבוהה, כמו התחממות גבוהה, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות גבוהה של אטמוספירה:

(ב) ראו מקורות נוספים: (ב) , ראה מהדורות של [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]