某些大氣光象常常是天氣現(xiàn)象的前兆，因此自古以來， 大氣光象就引起人們的注意。 中國遠在3000多年以前的殷墟甲骨文中，就有關于虹的記載《詩經(jīng)·鄘風·蝃蝀》里寫到“朝?于西，崇朝其雨”，意為早晨太陽東升時，如果西方出現(xiàn)了虹，到中午就要下雨了。關于暈、寶光環(huán)、海市蜃樓等大氣光象，中國古代都有觀測和解釋。作為現(xiàn)代科學的大氣光學的研究和發(fā)展，則和光學的研究進展有著密切的聯(lián)系。19世紀末，英國科學家J.W.S.瑞利首先解釋了天空的藍色（見大氣散射），建立了瑞利散射理論。20世紀初，德國科學家G.米從電磁理論出發(fā)，進一步解決了均勻球形粒子的散射問題，建立了米散射理論。這兩個理論能夠解釋許多大氣光象。60年代激光的出現(xiàn)，使光學大氣遙感得到迅速的發(fā)展。以激光大氣遙感為重點的光學大氣遙感，已發(fā)展成為大氣遙感的重要分支。衛(wèi)星遙感對大氣透明度的要求，吸收光譜法和激光光譜學的發(fā)展，也有力地促進了高分辨率大氣吸收光譜的研究。大氣光學包括：基本規(guī)律的研究，如大氣折射、大氣散射等，它們是大氣光學的基礎，也是物理學的一部分。大氣光學特性的研究，如大氣消光、大氣吸收、大氣能見度、大氣渾濁度、大氣透明度、天空亮度等。大氣光象的研究，包括朝晚霞、曙暮光、天空顏色等大氣光象，虹、暈、華等云中光象，并研究它們的成因，以及它們與大氣狀態(tài)和天氣過程之間的聯(lián)系。

大氣光學的理論和光波傳播的規(guī)律，在大氣輻射學、環(huán)境科學、天氣預報、天文、航空、遙感等許多方面，已得到廣泛的應用。大氣光學是研究光通過大氣時的相互作用和由此產(chǎn)生的各種低層大氣的光學現(xiàn)象的一門學科。它是大氣物理學的一個分支。大氣光學的研究可從兩個角度出發(fā)：一是把大氣當作一種連續(xù)介質；二是把大氣當作由空氣分子、氣溶膠和水汽凝成物組成的混和物。因為大氣光學和許多光學(包括紅外激光)工程的研制有密切的關系，所以它在國民經(jīng)濟和國防建設中都有重要地位。

某些大氣光學現(xiàn)象常常是天氣現(xiàn)象的前兆，因此自古以來，大氣的光學現(xiàn)象就引起人們了的注意。中國遠在3000多年以前的殷墟甲骨文中，就有關于虹的記載，《詩經(jīng)》中也寫到過“朝臍于西，崇朝其雨”，意為早晨太陽東升時，如果西方出現(xiàn)了虹，到中午就要下雨了。關于暈、寶光環(huán)、海市蜃樓等大氣光象，中國古代都有觀測和解釋。而大氣光學作為現(xiàn)代科學的研究和發(fā)展，則和光學的研究進展有著密切的聯(lián)系。19世紀末，英國科學家瑞利首先解釋了天空的藍色：在清潔大氣中，起主要散射作用的是大氣氣體分子的密度漲落。分子散射的光強度和入射波長四次方成反比，因此在發(fā)生大氣分子散射的日光中，紫、藍和青色彩光比綠、黃、橙和紅色彩光為強，最后綜合效果使天穹呈現(xiàn)藍色。從而建立了瑞利散射理論。

20世紀初，德國科學家米從電磁理論出發(fā)，進一步解決了均勻球形粒子的散射問題，建立了米散射理論。這兩個理論能夠解釋許多大氣光象。60年代激光的出現(xiàn)，使光學大氣遙感得到迅速的發(fā)展。以激光大氣遙感為重點的光學大氣遙感，已發(fā)展成為大氣遙感的重要分支。衛(wèi)星遙感對大氣透明度的要求，吸收光譜法和激光光譜學的發(fā)展，也有力地促進了高分辨率大氣吸收光譜的研究。

大氣光學首先研究大氣折射、大氣散射等的基本規(guī)律，它們是大氣光學的基礎，也是物理學的一部分；而后是對大氣光學特性的研究，如大氣消光、大氣吸收、大氣能見度、大氣渾濁度、大氣透明度、天空亮度等；另外大氣光象還研究包括朝晚霞、曙暮光、天空顏色等大氣光象，虹、暈、華等云中光象，并研究它們的成因，以及它們與大氣狀態(tài)和天氣過程之間的聯(lián)系。大氣中的光現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中，并用肉眼所能直接感覺到的光現(xiàn)象。它可以分為三類：首先是光在大氣中的折射引起的光現(xiàn)象。當光線入射到低層大氣時，由于光線折射，改變了徑跡，這樣在水平面以上，天體和物體的實際高度角與測出的高度角有明顯的差異，即所謂天文折射和地球折射現(xiàn)象。一旦大氣密度出現(xiàn)異常分布，使來自遠處目標物的光線在另一高度發(fā)生全反射，那么除能看到本身實物外，還可以看到它的反射像，這就是人們通常稱為的“海市蜃樓”。其次是大氣散射引起的光現(xiàn)象。天穹色彩的變化就是大氣散射引起的光現(xiàn)象之一，比如清潔的大氣使天穹呈現(xiàn)藍色。當大氣十分渾濁、大氣中懸浮粒子大量增加時，天穹呈現(xiàn)青灰色，在天邊甚至出現(xiàn)不透明的灰白色。曙暮光是大氣散射的另一現(xiàn)象。當太陽在地平面以下時，太陽光無法直接到達地面，但是它能照亮地面以上的大氣層，使天空明亮。曙暮光指的就是黎明和黃昏這段時間的光亮。

還有就是大粒子(如水滴、冰晶等)對光的折射、反射與衍射引起的光現(xiàn)象，最常見的有虹、華和暈。虹是由于太陽光線在大氣水滴里的折射與反射產(chǎn)生的圍繞反日點的彩色圓?。蝗A是由于云中的水滴與冰針分別起小孔與狹縫的作用，使光衍射引起的圍繞太陽(或月亮)的許多彩色圓環(huán)；暈是由于太陽(或月亮)光在冰晶上折射與反射引起的一系列光學現(xiàn)象的總稱。根據(jù)著色的性質，有由于折射而引起的略帶色彩的暈(如彩虹圓環(huán)、幻日等)以及由反射引起的白色暈(如水平環(huán)、側日等)之分。能見度是指人眼在大氣中觀察到的最遠距離。它取決于下列各種因素，如物體和背景的屬性、物體和背景照度的屬性、大氣屬性以及觀測儀器(包括肉眼)的屬性等等。發(fā)展了一種能見度儀，它直接測量大氣透過率和背景亮度等氣象要素，通過計算機進行綜合分析來計算能見距離。該儀器可以比較客觀地反映大氣實際的能見度，在一些機場已被采用。

天空背景是指來自天空的向下輻射通量，其中包括大氣和云對太陽光的散射輻射以及大氣氣體的自發(fā)輻射，夜間還包括少量的月光和星光的散射。一般而言，對太陽光的散射輻射主要集中在短波部分。在晴天，最大輻射通量的波長為0.45微米左右，而氣體的自發(fā)輻射主要集中在長波部分，最大輻射通量的波長為10.5微米左右。天空背景輻射通量的大小及其空間分布是十分復雜的，它主要取決于幾種影響因子的組合。這些影響因子包括太陽的高度、下墊面的反射率、觀測點離地面的高度、云量、云狀、大氣透明度以及大氣狀態(tài)等。

光在大氣中的傳輸性能是指光波通過大氣所引起的光學特性的變化。它主要包括由于大氣散射與吸收造成的輻射能量損失的大氣衰減；由于大氣折射率的隨機起伏造成的光束的光強起伏(閃爍)、漂移擴展以及相干性破壞等的大氣湍流效應；以及光在大氣中傳輸?shù)姆蔷€性光學效應，這種效應必須在強激光傳輸中才能顯示出來，因此又稱為強激光大氣傳輸?shù)姆蔷€性效應。 根據(jù)大氣光學現(xiàn)象以及光的傳輸特性，利用自然光或人工光源可以遙感大氣某些物理量。例如對太陽輻射衰減的測量確定斜程大氣的混濁度；通過對太陽光紫外輻射衰減的測量，確定大氣臭氧的總量；利用多波長紅外輻射計測量太陽的散射輻射強度，可以推斷整層大氣氣溶膠濃度與譜分布等等。

大氣光學的理論和光波傳播的規(guī)律，在大氣輻射學環(huán)境科學、天氣預報、天文、航空、遙感等許多方面，已得到廣泛的應用。隨著紅外和激光技術的迅速發(fā)展，近幾年來大氣光學的研究迅速的開展起來。和今后一段時間內，大氣氣體分子高分辨率吸收光譜的研究、大氣氣溶膠光學特性的研究、強湍流效應的研究、云霧粒子的不同形狀對散射特性的影響及其多次散射的研究、激光和紅外大氣遙測的研究等方面將成為大氣光學的主要研究方向。