1.2　光学遥感原理

大气不仅本身能够发射各种频率的流体力学波和电磁波，而且当这些波在大气中传播时会发生折射、散射、吸收、频散等经典物理或量子物理效应。由于这些作用，当大气成分的浓度、气温、气压、气流、云雾和降水等大气状态改变时，波信号的频谱、相位、振幅和偏振度等物理特征就会发生各种特定的变化，从而储存了丰富的大气信息，向远处传送。这样的波称为大气信号。研制能够发射、接收各种大气信号，分析并显示其物理特征的实验设备，建立从大气信号物理特征中提取大气信息的理论和方法，即反演理论，是大气遥感研究的基本任务。为此，必须应用红外、微波、激光、声学和电子计算机等一系列的新技术成果，揭示大气信号在大气中形成和传播的物理机制和规律，区别不同大气状态下的大气信号特征，确立描述大气信号物理特征与大气成分浓度、运动状态和气象要素等空间分布之间定量关系的大气遥感方程。这些理论既涉及力学和电磁学等物理学问题，又和大气动力学、大气湍流、大气光学、大气辐射学、云和降水物理学及大气电学等大气物理学问题有密切的联系。本书侧重阐述以大气散射（atmospheric scattering）为基础的激光光学遥感技术。

大气散射是指电磁波同大气分子或气溶胶等发生相互作用，使入射能量以一定规律在各方向重新分布的现象，其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极子振荡，并以此为中心向四周辐射出与入射波频率相同的子波，即散射波。根据激光与大气中粒子的不同散射机制，分别出现了不同类型的激光遥感技术。下面先介绍大气中光与粒子的几种基本散射机制。