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光在大氣中傳播, 主要會發生散射, 吸收, 及透射等三種作用. 其作用強度主要決定於光的波長 (即顏色), 及大氣的物質成分, 結構, 以及通過大氣時的路程長短.

光在大氣中的散射程度主要決定於光的波長, 及大氣中物質顆粒的大小. 如果顆粒很小, 例如大氣中的氣體分子, 則稱為瑞利散射, 其散射強度與光線波長的四次方成反比, 因為藍光的波長比紅光短, 所以藍光的散射比紅光嚴重.  在晴天, 空氣對波長短的藍光散射強, 所以天空呈藍色; 而黎明及黃昏時, 太陽輻射穿過大氣的路程長, 藍光及綠光已被散射殆盡, 只剩下黃紅光, 所以空中呈黃紅色.

如果空中的雜質顆粒變粗了, 例如遇到水氣, 塵埃, 火山灰, 氣溶膠等粒子, 則稱為米氏散射, 其散射強度與光線波長的一次方成反比. 雲霧的粒子大小與紅外線的波長比較接近, 所以雲霧對紅外線的散射主要是米氏散射.  因此, 潮濕的天氣時, 以米氏散射的影響較大.

當大氣中的顆粒很大, 其直徑大於光線波長的10倍以上, 則稱為全散射, 其散射強度與光線的波長無關, 所以所有的光線都會被散射, 因此, 空氣中的煙, 霧, 粉塵, 雲, 雨滴等直徑較大的液, 固態水, 及固體雜質都呈現白色.

吸收現象對光線並不明顯, 但對波長更長的紅外線則影響重大, 如水汽會吸收中紅外線; 臭氧會吸收紫外線, 在遠紅外線 (波長約9.6微米) 有一強吸收帶;  二氧化碳會吸收波長大於2微米以上的紅外線等. 

大氣對於來自太陽輻射的可見光之作用主要在於散射, 佔了23%; 吸收則佔14%;  所以剩下63%會穿透大氣層.