天空为什么会有青色

瑞利散射

1. 原理
   • 阳光是由各种波长的光混合而成的，其中蓝光的波长较短，当阳光进入大气层时，空气分子和微小尘埃等粒子会对光产生散射作用，根据瑞利散射定律，散射光的强度与光波长的四次方成反比,这意味着波长较短的蓝光更容易被散射。
   • 通常情况下，我们看到的天空主要是由散射光构成的，在大气条件较为均匀、没有太多其他干扰因素时，大量散射的蓝光使得天空呈现蓝色，而青色是蓝色和绿色之间的过渡色，当蓝光和少量绿光混合时,就会在人眼中呈现出青色的视觉感受。
2. 实例

   在晴朗的白天，尤其是在远离城市污染、大气透明度较高的地区，天空常常呈现出明显的青色，比如在一些高山地区或海边，当天气晴朗时，抬头望去,天空的青色十分纯粹。

大气成分和光学特性

1. 大气成分影响
   • 大气中除了氮气、氧气等主要成分外，还含有少量的水汽、臭氧等，水汽对光也有一定的散射作用，并且其散射特性与空气分子有所不同，在某些特定湿度条件下，水汽的散射会使得蓝光和绿光的混合效果发生变化,从而增强了天空呈现青色的视觉效果。
   • 臭氧主要分布在平流层，但它对紫外线等短波辐射有吸收和散射作用，这也会间接影响到到达地面的阳光以及我们看到的天空颜色，臭氧的存在使得大气对光的散射和吸收情况更为复杂,在一定程度上参与了天空呈现青色的光学过程。
2. 大气光学特性综合作用
   • 大气的光学特性是一个综合的体系，包括大气的密度分布、温度梯度等，这些因素会影响光在大气中的传播路径和散射程度，大气密度随高度的变化会导致光线在不同高度层的散射情况不同，当光线在大气中传播时，经过多层不同密度和成分的大气作用，蓝光和绿光的混合比例会发生改变,最终使得天空呈现出青色。
   • 当大气处于一种较为稳定且相对清洁的状态时，这种综合光学特性的作用会更有利于天空呈现出明显的青色，例如在高海拔的高原地区，大气稀薄且较为纯净,这种条件下天空常常呈现出深邃的青色。

时间和天气条件

1. 早晚时段
   • 在早晨或傍晚时分，太阳高度角较低，阳光需要穿过更长的大气路径才能到达我们这里，在这个过程中，更多的蓝光被散射掉了，而波长较长的红光等成分相对更多地保留下来，剩余的蓝光与少量绿光混合,使得天空呈现出青色。
   • 比如在日出前或日落后不久，天边的天空往往呈现出青色，随着时间推移,颜色会逐渐向红色等暖色调转变。
2. 特殊天气条件
   • 当天空中有薄云时，云对光线的散射和反射会改变天空的颜色，薄云会使得阳光在云层和大气之间多次散射，进一步调整了蓝光和绿光的混合比例，使天空呈现出青色，例如卷积云等薄云密布的天气,天空常常呈现出一种淡淡的青色。
   • 当大气中存在一些微小的颗粒物，但又不至于造成严重污染时，这些颗粒物也会参与光的散射过程，影响蓝光和绿光的混合效果，使得天空呈现青色，比如在一些有轻微沙尘影响但又未形成沙尘暴的地区，天空可能会呈现出青色。