Işık Scattering'e Giriş

Havadaki ışık saçılması, elektromanyetik radyasyonun bir parçacık veya molekülün bir çok yönünü anladığımız görsel ve iklim fenomenlerinin çoğunu yönetir - günlük optik etkileri açıklamak için açık bir orta gün gökyüzünün derin mavisinden, iklim modellerini ve gün batımı geliştirmek ve optik aletleri geliştirmek için.

Saçma doğası birkaç anahtar parametreye bağlıdır: 0,0Rayleigh saçılma[Dönderlik, şekli, reraktif indeksi ve gözlem açısı. Tarihsel olarak, ışık saçılma iki rejime geniş ölçüde kategorize edilmiştir: 0,0Rayleigh saçılma[Dönder], bir dalga etki için daha küçük bir optik çerçeve gerektirir ve[Dönegenme, ve [Döneticileri için eşitleme[Dönlendirmek için)

Fiziksel optik modeller, basit geometrik ışın traksiyonunun ötesine geçer veya tahmin edilebilir, dalga denklemi gerçekçi sınır koşullarından atfedilir, yarı ışıkların dalga doğasının hakim olduğu durumlar için gereklidir ve iyonik kuvvetlendirmek için büyük olduğu gibi, partiküllerin küresel olmadığı veya birden fazla saçılma olayları meydana geldiğinde, bu modeller bilim insanlarının uydu ölçümlerinden aerosol özelliklerini almak için vazgeçilmezdir, yarı-kırıkların ve glories oluşumunu simüle etmek ve göklerin ve kirleticilerin yaydığı gibi.

Atmosphere'da Işık Scattering'in temelleri

Parçacık Boyutunın Rolü: Mie karşı Rayleigh

Güneş ışığının en temel ayrımı, bu boyutsal büyüklük parametresi [Dönderin yarıkırıklığı: 0,9] [Dönüşükümlülükten daha kısa sürede, [Dönüşükümlülükten sonra) daha yüksek çözünürlükte bulunan ve daha yüksek çözünürlükte bulunan ve daha yüksek çözünürlükte bulunan Rayleigh'in 19/13.

[FONTD:0]x[DÜDÜT:1] 1. veya daha büyük sipariş, Rayleigh ́in yakınlaştırması başarısız olur ve tam Mie teorisi, 1908'de Gustav Mie tarafından elde edilen Mie'nin, herhangi bir büyüklükteki küresel parçacıklara sahip olduğu ve dağılan dalgalar için tam çözümler sunar.

Boyut: Şekil, Kompozisyon ve Morpholoji

Gerçek atmosferik parçacıklar genellikle küresel değildir - kristaller hexagonal prizmler, mineral toz tahılları düzensizdir ve bu yüzden dekeşsel kümeler oluşturur.Böylece parçacıklar için Mie teorisi yetersizdir, çünkü mükemmel bir sphericity varsayılır. fiziksel optik zaman aralığı[değiştirme süresine göre, genellikle manyetik alan yöntemleri kullanarak).

Kompozisyon da önemlidir. Parçacıklar homojen veya tabakalı olabilir, örneğin, bu içsel yapıları ve etkilerini matrisi farklı şekilde gösterir, biyolojik parçacıklar (pollen, bakteriler) parçacığın içinde değişen refraktif endeksler vardır.

Fiziksel Optik Modeller: Teorik Temeller

Maxwell'in Equations ve Scattering Problemi

Herhangi bir fiziksel optik modelinin kalbinde Maxwell denklemleri vardır. Bir monokromatik uçak dalgası olayı homojen bir ortamda gömülü bir parçacık için, toplam elektrik alanı olayının toplam alanı ve dağınık alan olarak yazılabilir.

Küresel parçacıklar için, küresel koordinatlardaki değişkenlerin ayrılması Mie çözümü sonsuz sayıda küresel harmonik ve Bessel işlevlerin olduğu gibi verir. Küresel olmayan parçacıklar için, analitik çözümler nadiren kullanılabilir, bu yüzden sayısal yöntemler kullanılır.

  • [FONT=0) T-Matrix Yöntemi: Bu yöntem, vektör s global dalga fonksiyonlarında olayı ve dağınık alanları genişletir ve bunları bir geçiş matrisi (Tmatrix) ile ilişkilendirir.
  • DDA:0) Discrete Dipole Approximasyon (DDA):[DÜyesi kutuplu dipoller dizisi olarak temsil edilir. Her bir dipolün yerel elektrik alanına cevabı kendini ikna eden, sayısal ve absorpsiyon özelliklerini elde etmek için esnektir. DDA büyük parçacıklar için sayısal olarak pahalıya dönüşür.

Born Approximation ve Anomalous Diffraction

Bazı rejimlerde, yaklaşık analitik yöntemler tam sayısal hesaplama olmadan yararlı bir anlayış sağlar.TheurFLT:0)Born taytasyon[Döntme 1: 1) (ilk sipariş perturbasyon teorisi), parçacığın optik olarak yumuşak olduğu zaman uygulanır (bazı biyolojik parçacıklar veya zayıf bir şekilde absorbe edildiği gibi).

[FONT=0]))))))) Bu model, van de Hulst tarafından tanıtıldı, büyük, yumuşak partiküller için uygulanabilir.Reksiyonu kenarlarında kıran, yansımaları görmezden gelir.Bu model geniş bir şekilde yuvarlanır ve toplam yok edici kesit elde etmek için kullanılabilir.

Key Wave Phenomena in Physical Optiks Modellerinde

Diffraction

Diffraction, ışık ve parçacığın son derecelerinden ortaya çıkıyor. Bir uçak dalgası bir parçacıkla karşılaşırsa, obion, dalgalananın geometrik gölge bölgesine yayılmasına neden olur.Bu, Fraunhofer diffraction for large particle (bir dairesel aperture için tanıdık bir havali model) ile tanımlanan.Bu, yüzeysel bir şekildeki eğimin büyüklüğüne otomatik olarak dahil edilir.Bu, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Interference

Interference, iki veya daha tutarlı dalgalar çakıştığında meydana gelir. Bir saçılma olayının, parçacığın farklı bölgelerinden gelen dağınık dalgalar yapıcı veya yıkıcı bir şekilde müdahale edebilir, örneğin, [[Üyelim:0) limitbow), yüksek hassasiyetle düşüşe neden olabilir.

Interference ayrıca, ince bulutlarda küçük su damlacıklarının etkisi ile üretilen güneş veya ay çevresindeki küçük renkli halkalar, doğrudan damlacıkların büyüklüğü dağılımı ile ilgilidir, koroner gözlemleri bulut mikrofiziksel izleme için düşük maliyetli bir yöntem haline getirir.

Polarizasyon

Işık kutuplaştırma durumu – elektrik alanı vektörünün yönelimi – saçılma ile derinden değiştirilebilir. Rayleigh saçılma, 90°'de tamamen kutuplu ışık üretiyor (en yüksek kutuplaşma perpendiculara en yüksek polarizasyon). Mie saçan kutuplama modelleri, kristalize polarizasyon desenleri ile bağlantıya bağlı olarak, şekillendirir ve yön verir.) Fiziksel urpertiz.[TFL:3 multiplektüel ölçümler alanı, kutuplu verinin doğru yorumlarını sağlar.

Lineer kutuplaşma derecesi (DoLP) parçacığın hassas bir göstergesidir: Küresel olmayan aerosoller, küresel olmayan kutuplaşma imzalarını küresel olanlardan daha farklı bir şekilde üretirler. Bu, mineral toz ve sulfates arasında uydu retrievals arasında ayrım yapmak için kritiktir.

Atmospheric Physics ve Uzaktan Sensing Uygulamaları

Blue Sky ve Red Sunsets

Rayleigh saçılmasının klasik uygulaması mavi gökyüzü. atmosferden geçen güneş ışığı Rayleigh-scattered by hava molekülleri (N2 ve O2, hangi boyutlarda -0.1 nm, görünür dalga boyun eğlendirici dalgalar kadar daha küçük) dağınık, o kadar mavi ışık (450 nm) kırmızı ışık (650 nm) kırmızı ışık (650 nm) daha fazla ısıtılır.

Halos, Glories ve Sundogs

Buz kristalleri cirrus bulutları zengin çeşitli optik fenomenler üretmektedir, 22° yarık, güneş batağı ve yarıklıklı sisler.Örneğin, 22° yarıküresel ve dış kenarlar, dalgalar ile daha iyi ele geçirilmiştir.

Aerosol Uzaktan Sensing

Uydu bazlı aerosollerin geri dönüşleri, ölçümleme ekranının (MODIS) tarafından üretilen kimyasal optiklerden oluşan tabloları kullanarak, yüksek çözünürlükte bulunan ve doğrulanmış ölçümler için yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere göre, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan ve doğrulanmış olan karbonlar arasındaki yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere göre daha iyi bir şekilde ayarlanır.

AERONET tarafından kullanılan temel ağların yer aldığı varsayılan ağların da birden fazla açı ve dalga dalga dalgalarında göksel ölçümler ve sıcaklık dağılımı, refraktif indeks ve şekli ile ilgili olarak geliştirilmiştir.AERONET tarafından kullanılan invers kodları fiziksel optik kütüphaneler üzerinde inşa edilmiştir:2).Mätzler MATLAB Mie kodları) ve DÖRT:3) ve formlar.

Bulut Mikrofizik ve Radiative Transfer

Fiziksel optik modeller, bulutların radiative özelliklerini anlamak için gereklidir. Cloud droplets birkaç mikrondan birkaça kadar birkaç mikrondan, Mie rejiminde kareküresel olarak düşeni yapar.[Dört|Döneticileri:0)[Dörtüncü parametresi: 0,0, [Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzg|Düzgezegensel açılardan ortalama kosinma oranı) bulut transferlerinin nasıl elde edildiğini ve ısı transferlerin bulut transferlerini nasıl çözülür.

Buz bulutları daha zor çünkü buz kristalleri birçok alışkanlıkta var (columns, plakalar, iğneler, mermi gülümsüyor) bu alışkanlıkları farklı şekilde hesaplar., [[Şamping:0))) ve sperksiyon algoritmaları (örneğin, yüksek çözünürlükte) veya LENGT:2 ile birlikte yüksek çözünürlükte (Dönemli) ile ısıtılabilir.

Gelişmiş Konular ve Gelişen Teknikler

Turbid Media'da Çok Çok Çok Şering

Bir aerosol tabakasının optik kalınlığı büyük olduğunda ( ⁇ > 0.1), birden fazla saçılma önemli hale gelir.Her fotoğraf, sensöre ulaşmadan veya atmosferden ayrılmadan önce birkaç saçılma olayı sürebilir. Fiziksel optikler, birden fazla saçılma denklemi için modeller (VRTE), tam Stok vektör ve faz matrisi için hesaplar önemlidir.

Coherent Backscattering ve Opposition Etkisi

Bir ince ama önemli çoklu-scattering etkisi, tam olarak arka planda keskin bir şekilde müdahale edebilir.Bu etki bulut güvertelerinde, toprak yüzeylerinde ve gezegensel regolith., tam dalga alanını hassas ortamlarda etkileyen fiziksel optikler (örneğin, tam olarak, geri dönüşlerde keskin bir geçişe yol açabilir.)

SuperResolution and Inverse Problems

Ters problemler, dağınık ışık ölçümlerinden parçacığı almayı amaçlamaktadır. Lineer olmayan haritalama nedeniyle, projeksiyonlama için boyut ve formdan dağınık yoğunluk, fiziksel optik modeller optimizasyon algoritmaları ile bir araya gelir (örneğin, Levenberg-Marquard, Bayesian inversiyon, sinir ağları) ile ilgili olarak, ters yöndeki ölçümler yapılır.Son gelişmeler, tam dalga modellerinin fiziksel optik modellerinin fiziksel sorgulayıcıları ile birlikte öğrenmelerini içerir.

Sonuç ve Outlook

Fiziksel optik modeller, ışık temel dalga teorisi ve atmosferik partiküllerin karmaşık gerçekliği arasında vazgeçilmez bir köprü sağlar.Dörtülün, müdahale ve kutuplaşma dahil olmak üzere, bu modeller basit geometrik optik optik optik optik optik optiklerin tahmin edemeyeceği saçılış fenomenlerinin zenginliğini yakalar.

Gelecek gelişmeler muhtemelen birkaç alana odaklanacaktır: 03.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.

Daha fazla okuma için standart referanslar bakınız: 03.Rayleigh Wikipedia'da ), [)[Dönlendirme[Dönlendirme[Dönlendirme[Dönlendirme) ve ders kitabı kapsamlı bir şekilde DDA uygulamaları ile atmosfer fiziği üzerine kapsamlı kaynaklar sağlar.