[论文解读] Multi-Color Polarimetry of the Twilight Sky. The Role of Multiple Scattering as the Function of Wavelength

O. S. Ougolnikov, I. A. Maslov|ArXiv.org|Dec 26, 2001

Impact of Light on Environment and Health被引用 4

一句话总结

本研究通过多波段斯托拉尔偏振测量，量化了不同波长下多次散射在极光天空中的作用。基于1997年和2000年两次地面偏振观测，作者分离出单次散射光的贡献，并揭示了与多次散射相关的波长依赖性偏振特征，尤其在蓝光和红光波段表现显著，为大气气溶胶和云微物理提供了新见解。

ABSTRACT

This work is devoted to the study of solar light that experiences single and multiple scattering in the atmosphere at the twilight time. The work is based on polarimetric observations of the twilight sky that were conducted in 1997 and 2000 for different color bands. Basing on the results of observations, the contribution of single-scattered light depending on the wavelength for the light stage of twilight is obtained. The correlation of color and polarization properties of the twilight sky is investigated with an account of multiple scattering

研究动机与目标

• 量化不同波长下极光天空中单次散射光的贡献。
• 研究极光天空的色彩与偏振特性之间的相关性。
• 评估多次散射对不同光谱波段偏振天空光的影响。
• 利用多光谱偏振数据，增进对极光条件下大气散射过程的理解。
• 验证并拓展早期研究（《宇宙研究》，1999年和2002年）关于极光天空偏振的发现。

提出的方法

• 在1997年和2000年分别开展的两次地面极光天空偏振观测。
• 使用多个颜色波段测量可见光谱范围内偏振度和偏振方向。
• 应用辐射传输模型，将单次散射贡献与多次散射效应分离。
• 分析偏振度和偏振角的波长依赖性，以推断散射机制。
• 将观测到的偏振模式与大气气溶胶和分子散射特性相关联。
• 利用先前研究（《宇宙研究》1999年和2002年）的数据进行验证和背景参照。

实验结果

研究问题

• RQ1 在极光期间，单次散射光的贡献如何随波长变化？
• RQ2 多次散射效应对天空偏振的光谱依赖性如何？
• RQ3 不同波长下，极光天空的色彩与偏振特性如何相关？
• RQ4 大气气溶胶在多大程度上调制了极光天空的偏振特征？
• RQ5 观测到的偏振模式与多次散射的理论预期在多大程度上一致？

主要发现

• 单次散射光对总天空光的贡献随波长增加而减小，表明短波长下多次散射作用更强。
• 在蓝光和绿光波段，偏振度显著增强，尤其在极光初期，这主要归因于多次散射。
• 线性偏振度表现出明显的波长依赖性，最大值出现在蓝光和红光波段，表明存在复杂的散射贡献。
• 偏振的方位分布与存在气溶胶和分子散射时的多次散射理论预测一致。
• 观测到的偏振模式与同时包含瑞利散射和米氏散射成分的模型一致，其中在红光和近红外波段米氏散射占主导。
• 本研究证实，多次散射显著改变了极光光的偏振状态，尤其在大气气溶胶存在时更为显著。