大气中的光影奇景李莹莹

1、大气中的光影奇景大气中的光影奇景光现象基本类型光现象基本类型日月星辰类：日食，月食，流星雨，华盖等光环现象类：虹霞，极光，佛光海市蜃楼类：海市蜃楼，海滋光在大气中的传播光在大气中的传播光在大气中的入射与反射光在大气中的入射与反射光在大气中的散射光在大气中的散射光在大气中的折射光在大气中的折射光在大气中的衍射光在大气中的衍射 光在大气中的入射与反射光在大气中的入射与反射 当光线以一定的角度投射在物体表面时，它会以与入射角大小相同的角度被反弹出来。如图4-24所示，光线以入射角“a”投射到物体表面，在以角度“b”由表面反弹出去，而角度“a”等于角度“b”这就是光的反射光在大气中的散射光在大气中的散

2、射 当我们避开太阳朝天空张望时，看到的是蔚蓝的天空，这就是说，在那个方向的天空有光线射入我们的眼帘，从太阳发射过来的光线，在天空的某个地方改变了方向，不然的话，我们所能看到的一切，就只不过是星际空间的黑暗，或者是来自某个遥远星辰的亮光。原来，当光线穿过地球周围的大气时，它的一些能量就向四面八方反射，这样的过程就是散射。 因此，光波在遇到大气分子或气溶胶粒子等时，便会与它们发生相互作用，重新向四面八方发射出频率与入射光的相同，但强度较弱的光(称子波)，这种现象称光散射。子波称散射光，接受原入射光并发射子波的空气分子或气溶胶粒子称散射粒子。当散射粒子的尺度远小于入射光的波长时(例如大气分子对可见光

3、的散射)，称分子散射或瑞利散射瑞利散射，散射光散射光分布均匀且对称。 当散射粒子的尺度与入射光波长可比拟时(例如飘尘粒子对可见光的散射)，散射光的强度分布不对称而是分布复杂，称为米散射米散射。光在大气中的折射 光在到达大气与透明物体的分界面，或者光在到达密度不同的两层大气的分界面时，会发生传播方向的屈折，我们把这种现象称之为光的折射。 由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使在地面观测得

4、的天体视位置S比实际位置S高。 来自大气某目标物发出的光线，在向接收器传播途中发生屈折的现象称地球折射。 当大气中温度的垂直分布出现异常时，就会引起空气密度垂直变化异常因而产生异常折射。如果下层空气比上层空气冷，也就是出现了强烈的温度逆增时，光线在这种气温随高度升高因而使空气密度随高度锐减的气层中传播，会向下屈折；而光线在气温随高度而降低的气层内传播，会向上屈折。实际大气温度的垂直分布复杂多变，因而会产生丰富多彩的大气光象。光在大气中的衍射 光波在传播过程中，遇到小尺度的障碍物时(指光波波长比障碍物尺度大得多)，光波具有的绕过障碍物而形成明暗相间光环的本领称光的衍射。 例如光波可绕过小孔产生衍

5、射，在纸屏上生成明暗相间的衍射光环。 。光在大气中的衍射 在大气中传播的日光或月光遇到小云滴(小雨滴或小冰晶)等障碍物时，会绕过这些障碍物而产生衍射。当天空中存在由均匀小云滴组成的透光高层云或透光高积云时，月光在透过云层时遇云滴而产生衍射，由于云滴大小均匀，形成的衍射环能迭加，从而出现以月亮为中心的一圈圈明暗相间彩色光环，这就是华。 公元前6世纪7世纪，伊朗高原上强盛的米底王国向西进兵小亚细亚，遇到吕底亚王国的顽强抵抗，两国在哈吕斯河(今柯孜勒河)一带展开激烈的战斗。脚下的土地被争来夺去，战役一个接着一个，就这样一打就是5年。 一天，两军对阵，激烈的厮杀一直持续到太阳偏西。忽然，士兵们发现，一

6、个黑影闯入圆圆的日面，把太阳一点点吞食，眩目的太阳光盘逐渐减少，大地的亮度慢慢减弱，好像黄昏提前来到。随即，太阳全被吞没，顿时天昏地暗，仿佛夜幕突然降临，一些亮星在昏暗的天空中闪烁。士兵们从来没见过这种景象，惊得目瞪口呆，停止了厮杀。 过了不久，太阳重新出现，但双方认为这是上天不满两国的战争而发出的警告，仗不能再打下去了。一场旷日持久的战争，就这样化干戈为玉帛。日食日食 日食是月球运动到太阳和地球中间，如果三者正好处在一条直线时，月球就会挡住太阳射向地球的光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时发生日食现象。 太阳被完全遮住的叫日全食月球遮住太阳的一部分叫日偏食。 一圈日面，好象一个光环似的叫日

7、环食 月球只遮住太阳的中心部分中心部分，在太阳周围还露出日食的三种基本类型月食 月食是一种特殊的天文现象，指当月球运行至地球的阴影部分时，在月球和地球之间的地区会因为太阳光被地球所遮闭，就看到月球缺了一块。此时的太阳、地球、月球恰好 （或几乎） 在同一条直线上。月食可以分为月偏食、月全食和半影月食三种。月食只可能发生在农历十五前后。 Meteor Shower 流星雨的产生一般认为是由于流星体与地球大气层相摩擦的结果（流星体可以是小行星带上的小行星），流星群往往是由彗星分裂的碎片产生，因此，流星群的轨道常常与彗星的轨道相关.成群的流星就形成了流星雨。 世界七大流星雨 Leo 狮子座 Gemin

8、i 双子座 Orion 猎户座 Perseus 英仙座 Taurus 金牛座 Draco 天龙座 Lyra 天琴座资料图：狮子座流星雨资料图：狮子座流星雨每年每年11月月14日至日至21日，尤日，尤其是其是11月月17日左右，都有一些日左右，都有一些流星从狮子座方向迸发出来，流星从狮子座方向迸发出来，大概方位是在东偏北一点，水大概方位是在东偏北一点，水平高度平高度40度左右的天空区域，度左右的天空区域，这就是狮子座流星雨。这就是狮子座流星雨。狮子座流星雨并不是狮子座流星雨并不是“狮狮子座子座”上的流星雨。上的流星雨。“狮子座狮子座”上即使有流星雨，在地球上凭上即使有流星雨，在地球上凭肉眼也看不

9、到肉眼也看不到。“狮子座狮子座”流流星雨是由一颗叫做星雨是由一颗叫做“坦普尔坦普尔-塔塔特尔特尔”的彗星所抛撒的颗粒滑的彗星所抛撒的颗粒滑过大气层所形成的。因为形成过大气层所形成的。因为形成流星雨的方位在天球上的投影流星雨的方位在天球上的投影恰好与恰好与“狮子座狮子座”在天球上的在天球上的投影相重合，在地球上看起来投影相重合，在地球上看起来就好像流星雨是从就好像流星雨是从“狮子座狮子座”上喷射出来，因此称为上喷射出来，因此称为“狮子狮子座座”流星雨流星雨 双子座双子座流星雨每年都会出现，属于较强的流星雨，仅次于“流星雨之王”狮子座流星雨。它源自一颗1983年才被发现的小行星，属于燃尽的彗星遗骸

10、。不过与短暂的狮子座流星雨不同，双子座流星雨通常可持续10天左右。 资料图：猎户座猎户座流星雨猎户座流星雨为世界七大流星雨之一，猎户座流星雨有两种，辐射点在参宿四附近的流星雨一般在11月20日左右出现；辐射点在附近的流星雨则发生于10月15日到10月30日，极大日在10月21日，我们常说的猎户座流星雨是后者，它是由著名的哈雷彗星哈雷彗星造成的，哈雷彗星每76年就会回到太阳系的核心区，散布在彗星轨道上的碎片，形成了著名的猎户座流星雨 英仙座流星雨是最有名的流星雨之一，因为它不但数量多数量多，而且几乎从来没有在夏季星空中缺席，每年固定时间稳定出现，是最活跃最活跃、最常被观测到的流星雨，也是对非专业

11、流星观测者来说最好的流星雨，为全年三大周期性流星雨之首。流星体都非常小，但是由于其速度惊人，每秒可达60公里，所以对于宇宙飞船或卫星仍有潜在的危险性 资料图：金牛座金牛座流星雨 金牛座流星雨是个与恩克彗星相关联的流星雨，因为辐射点看似来自天空中的金牛座而得名，因为出现的时间在10月底至11月初，适逢万圣节的时段，因此也被称为万圣节烟火万圣节烟火。天龙座天龙座流星雨，由于其辐射点位置在天龙座，因而叫天龙座流星雨。其具体辐射 点位置在赤经262度，赤纬55度。人们比较熟悉的狮子座流星雨，其流星速度为每秒71千米，而天龙座流星雨，其流星速度每秒只有20千米，其动态是“慢腾腾慢腾腾”的。观察天龙座流星

12、雨，高纬度地区(北方)比低纬度地区(南方)有利。狮子座、英仙座流星雨各地最佳观察时间在凌晨，而观察天龙座流星雨最佳时间应在晚上。 天琴座天琴座是出现在每年的4月15日至4月28日的著名流星雨，最大期在4月22日，因此也称为4月天琴座流星雨，而因辐射点在天琴座(织女星)附近，所以也称为天琴座流星雨,这个流星雨已经被观察了2600年之久。 绚绚 丽丽 华华 盖盖 天空中有一层透光薄云，云中的水滴大小均匀，若是由冰晶组成的云则要求冰晶尺寸均匀。月光或阳光透射云层过程中，受到均匀云滴(水滴或冰晶)的衍射，结果会在月亮或太阳周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环，称为华。因日光太亮，人们不易观察到日华，月

13、华则比较常见。紧贴月盘的华又称华盖，通常华盖的紫色不太显著故内环呈青蓝色，其外呈黄色为主，最外呈红色。有时在华盖外隔一暗圈后还会出现一个甚至几个彩色排序与华盖相同，但亮度弱得多的同心光环，称为副华。日日 月月 晕晕 环环 天空中有一层高云，阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反射，便会在太阳或月亮周围产生彩色光环，光环彩色的排序是内红外紫。称这七色彩环为日晕或月晕，统称为晕。其中对观测者所张的角半径为22度的晕最为常见，称22度晕，偶尔也可看到角半径为46度的晕和其他形式的与晕相近的光弧。由于有卷层云存在才出现晕，而卷层云常处在离锋面雨区数百公里的地方，随着锋面的推进，雨区不久可能移来，因此晕

14、就往往成为阴雨天气的先兆。万道霞光万道霞光 。霞是怎样形成的呢？实际上它和天空产生蔚蓝色的道理是一样的。都是由于空气分子的散射作用空气分子的散射作用而造成的。只不过当日出和日落前后时，阳光通过厚厚的大气层，被大量的空气分子散射的结果。据计算，太阳在地平线上时所透过的大气层厚度为白天太阳当头时所透过的大气层的三十五倍。由于阳光被大量空气分子所散射，紫色和蓝色的光就减弱得最多，到达地平线上空时已所剩无几了。余下的只是波长较长的黄、橙、红色光了。这些光线经地平线上空的空气分子和尘埃、水汽等杂质散射以后，那里的天空看起来也就带上了绮丽的色彩。空中的尘埃、水汽等杂质愈多时，这种色彩愈显著。如果有云，云块

15、也会染上橙红艳丽的颜色。另外，存在于大气中的水汽和灰尘是影响霞的样子的基本因素。大气中所含的水汽越多，霞的色彩越红。空气湿度的增加通常发生于坏天气的气旋逼近之前，因此当出现红色或橙色的鲜明的霞时，就可能预示着天气将变坏。虹虹 和和 霓霓 历史上，曾经有人见过四条彩虹并列在空中奇景，那是1948年9月24日今晚6时左右，在苏联列宁格勒的尼瓦河上空出现的。当时天空中是一片乌云，后来从海面上突然吹来了一阵充满水滴的风，一瞬间乌云下出现了太阳，整个天空中马上横贯一条光彩夺目的虹。同时，在它的不远上方生成了色彩倒排的双虹，这虹是由日光在尼瓦河上反射而形成的。数分钟后，在主虹内侧直接相连处，生成了狭细的三

16、虹，以后又出现了四虹，其宽度只有第一道虹的三分之一。彩色也大大减淡。最后两条虹最鲜艳部分是深红色带。四条虹在天空中的时间约1520分钟之久。人们常见的是一条虹，偶而能见到两条虹并列悬挂在空中。含七种色光的太阳光线，射入大气中的水滴(雨滴或雾滴)，各种色光经历折射和反 射后，可在雨幕或雾幕上形成彩色光弧环。当光弧环对观测者所张的角半径约42度， 光环的彩色排序是内紫外红时，称内紫外红时，称为虹。为虹。在虹的外面，有时还出现较虹弱的彩色光环，光环对观测者所张的角半径约为52 度，彩色环的排序与虹相反即内红外紫，称为霓内红外紫，称为霓或副虹。或副虹。 极光极光 太阳是一个庞大而炽热的气体球，在它的内

17、部和表面进行着各种化学元素的核反应，产生了强大的带电微粒流，并从太阳发射出来，用极大的速度射向周围的空间。当这种带电微粒流射入地球外围那稀薄的高空大大气层时，就与稀薄气体的分子猛烈地冲击起来，于是产生了发光现象，这就是极光。 佛光 佛光指一种光的自然现象，当阳光照在云雾表面，经过衍射和漫反射作用形成佛光的自然奇观。阳光将人影投射到云彩上，云彩中细小冰晶与水滴形成独特的圆圈形彩虹。 佛光”，一种很像彩虹但比彩虹小的大气光学现象，因其放射如宝石那样五彩缤纷的光色，气象学上称为“宝光”，由于以往人们多在峨眉山看见，因而我国气象学界特将之定名为“峨嵋宝光”。 海市蜃楼 海市蜃楼是一种因光的折射而形成的

18、自然现象。它也简称蜃景，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。 2011年5月9日下午4时左右，海口市沿海出现海市蜃楼奇观，持续一个小时左右。2011年5月10日，广州塔又现“空中皇冠”奇景， 专家称是海市蜃楼。2013年4月30日，在珠海九洲港的海面上疑现“海市蜃楼”，海面上漂浮着“塔吊”。 广州塔广东山东烟台海滨河上小舟海滋 海滋是类似海市蜃楼的一种光学现象。当海水与水面的空气层出现较大温差时，光线通过密度不同的大气层发生折射，从而形成了岛屿等变幻画面。 海海滋现象与海市蜃楼、平流雾并称海上三滋现象与海市蜃楼、平流雾并称海上三大奇观大奇观，多发生在春夏或夏秋之交时节，冬季出现十分罕见

19、。 形成条件 在春夏、夏秋之际，海水与水面的空气层易出现较大温差。天气晴朗后气温开始回升，暖而湿的空气和海面附近的低温混合，凝结成小水珠，飘浮于空中形成平流雾平流雾。雾带的形成又为海滋的形成创造了条件。 海滋与阴雨天气有关系，连续阴雨会造成大气温度、密度、气温层等的变化，有利于形成海滋现象出现的必备自然条件 与海市蜃楼的区别 “海市蜃楼”与“海滋”的区别在于一远一近，一虚一实。 在沙漠上空或东海海面上空出现万里以外的伦敦城的景色，就是 “海市蜃楼”；海市蜃楼奇景多但稍纵即逝，海滋海市蜃楼奇景多但稍纵即逝，海滋景观存在时间则较景观存在时间则较长。长。 海市蜃楼”与“海滋”的形成原理在本质上是有区

20、别的本质上是有区别的。当异地景物被阳光折射到空气稀薄的高空后，恰好造成适宜的角度，又经不同密度的空气层的传递折射回低空，平静的海面即成海市”的地面接收站。所以，海市蜃楼均一海市蜃楼均一幅来自异地的虚像。幅来自异地的虚像。海滋海滋”的景物取自当地海面上的实的景物取自当地海面上的实体体，当水温与气温存在较大差异而且海面上空气层生强逆温时，低空海面生成密度较大的“水晶体空气层”，再由阳光折射就形成了“海滋”。 平流雾平流雾 2012年6月10日，青岛即墨附近海域就出现了这两种奇观，下午5点多钟，在青岛即墨市鳌山卫镇附近海域出现了罕见的“平流雾”和“海滋”现象，远处的山峰被云层一般的雾带所笼罩，好像漂浮在空中一样。部分山体若隐若现，远远望去空幽飘渺，恍若仙境。“平流雾平流雾”是暖湿空气一是暖湿空气一到较冷的陆地或水面时