水と氷の光学特性

20℃の水の可視光線に対する屈折率は1.33です。 ^[1]通常の氷の屈折率は1.31です（屈折率一覧より）。一般に、屈折率は実部と虚部を持つ複素数で、虚部は特定の波長での吸収損失の強さを示します。電磁スペクトルの可視部分では、屈折率の虚部は非常に小さいです。しかし、水と氷は赤外線を吸収し、赤外線大気の窓を閉じるため、温室効果に寄与します。

純水の吸収スペクトルは、氷晶や雲の水滴による光の散乱と吸収、虹の理論、単一散乱アルベドの決定、海の色など、さまざまな用途に使用されています。

0.2μmから1.2μmの波長、-12℃から500℃の温度範囲において、水の屈折率の実部は次の経験式で計算できる。^[2]

${\displaystyle {\frac {n^{2}-1}{n^{2}+2}}(1/{\overline {\rho }})=a_{0}+a_{1}{\overline {\rho }}+a_{2}{\overline {T}}+a_{3}{\overline {\lambda }}^{2}{\overline {T}}+{\frac {a_{4}}{{\overline {\lambda }}^{2}}}+{\frac {a_{5}}{{\overline {\lambda }}^{2}-{\overline {\lambda }}_{\mathit {UV}}^{2}}}+{\frac {a_{6}}{{\overline {\lambda }}^{2}-{\overline {\lambda }}_{\mathit {IR}}^{2}}}+a_{7}{\overline {\rho }}^{2}}$

どこ：

${\displaystyle {\overline {T}}={\frac {T}{T^{\text{*}}}}}$、

${\displaystyle {\overline {\rho }}={\frac {\rho }{\rho ^{\text{*}}}}}$、 そして

${\displaystyle {\overline {\lambda }}={\frac {\lambda }{\lambda ^{\text{*}}}}}$

適切な定数は = 0.244257733、= 0.00974634476、= −0.00373234996、= 0.000268678472、= 0.0015892057、= 0.00245934259、= 0.90070492、= −0.0166626219、= 273.15 K、= 1000 kg/m ³、= 589 nm、= 5.432937、= 0.229202 です。 ${\displaystyle a_{0}}$${\displaystyle a_{1}}$${\displaystyle a_{2}}$${\displaystyle a_{3}}$${\displaystyle a_{4}}$${\displaystyle a_{5}}$${\displaystyle a_{6}}$${\displaystyle a_{7}}$${\displaystyle T^{*}}$${\displaystyle \rho^{*}}$${\displaystyle \lambda^{*}}$${\displaystyle {\overline {\lambda }}_{\text{IR}}}$${\displaystyle {\overline {\lambda }}_{\text{UV}}}$

上記の式で、T は水の絶対温度（K）、は光の波長（nm）、は水の密度（kg/m ^3）、n は水の屈折率の実部です。 ${\displaystyle \lambda}$${\displaystyle \rho}$

上記の式では、水の密度も温度によって変化し、次のように定義されます。^{[3] [4]}

${\displaystyle \rho (t)=a_{5}\left(1-{\frac {(t+a_{1})^{2}(t+a_{2})}{a_{3}(t+a_{4})}}\right)}$

と：

• ${\displaystyle a_{1}}$= −3.983035 °C
• ${\displaystyle a_{2}}$= 301.797 °C
• ${\displaystyle a_{3}}$= 522528.9 °C ²
• ${\displaystyle a_{4}}$= 69.34881 ℃
• ${\displaystyle a_{5}}$= 999.974950 kg / m ³

水の全屈折率はm = n + ikで与えられる。吸収係数 α' はビール・ランバートの法則で使用され、ここでのプライムはe の底を表す。値は 25 °C の水に対するもので、引用文献レビューのさまざまな情報源から得られたものである。^[5]

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