1.2　光學遙感原理

大氣不僅本身能夠發射各種頻率的流體力學波和電磁波，而且當這些波在大氣中傳播時會發生折射、散射、吸收、頻散等經典物理或量子物理效應。由于這些作用，當大氣成分的濃度、氣溫、氣壓、氣流、云霧和降水等大氣狀態改變時，波信號的頻譜、相位、振幅和偏振度等物理特征就會發生各種特定的變化，從而儲存了豐富的大氣信息，向遠處傳送。這樣的波稱為大氣信號。研制能夠發射、接收各種大氣信號，分析并顯示其物理特征的實驗設備，建立從大氣信號物理特征中提取大氣信息的理論和方法，即反演理論，是大氣遙感研究的基本任務。為此，必須應用紅外、微波、激光、聲學和電子計算機等一系列的新技術成果，揭示大氣信號在大氣中形成和傳播的物理機制和規律，區別不同大氣狀態下的大氣信號特征，確立描述大氣信號物理特征與大氣成分濃度、運動狀態和氣象要素等空間分布之間定量關系的大氣遙感方程。這些理論既涉及力學和電磁學等物理學問題，又和大氣動力學、大氣湍流、大氣光學、大氣輻射學、云和降水物理學及大氣電學等大氣物理學問題有密切的聯系。本書側重闡述以大氣散射（atmospheric scattering）為基礎的激光光學遙感技術。

大氣散射是指電磁波同大氣分子或氣溶膠等發生相互作用，使入射能量以一定規律在各方向重新分布的現象，其實質是大氣分子或氣溶膠等粒子在入射電磁波的作用下產生電偶極子或多極子振蕩，并以此為中心向四周輻射出與入射波頻率相同的子波，即散射波。根據激光與大氣中粒子的不同散射機制，分別出現了不同類型的激光遙感技術。下面先介紹大氣中光與粒子的幾種基本散射機制。