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主题：【资料】大气科学之大气奇景与光==大气中光的传播、形成

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2011/10/19 14:13:27 11楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
　　那末，自然界中的海市蜃楼又是怎样形成的？

　　海市蜃楼是一种反常的折射现象，它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播，经过折射造成的结果。常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。
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　　凡是物体的映像或幻景看上去好象从天空某一空气层反射而来的，则称为上现蜃景。上现蜃景常出现在海上，和北方有冰雪覆盖的地方。这是因为海水表面蒸发时要消耗热量同时海水温度的升高缓慢，而在冰雪覆盖的地区由于冰雪面能将大部分太阳光反射掉同时冰雪融化时也要消耗大量热量，致使下层的温度变得很低，因此在这些地方最容易出现强烈的逆温现象。如果近地面层是强逆温时，空气密度会随高度迅速减小，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，远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘，便出现了上现蜃景。
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　　凡是物体的映像或幻景看上去好象由地面反射而来的，则称为下现蜃景。下现蜃景大都出现在热季的沙漠上或冬季暖洋流的海上。在晴朗少云平静无风的天气里，阳光照射在干燥的沙土上，沙土的比热小，土温上升极快，这里几乎没有水分蒸发，土壤分子传热由极慢，热量集中在表层，所以接近土壤层的空气温度也上升的很快，但上层空气却仍然很凉。当近地层是强烈降温层时，气温随高度很快降低，空气密度随高度很快增加，而光线在气温随高度而降低的气层内传播时会向上屈折，远方地平线处的景物的光线，经折射后直入观测者眼帘, 便出现了下现蜃景。

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下现蜃景示意图



　　当水平方向的大气密度很不同，使大气折射率在水平方向存在很大不同的时候，便可能出现侧向蜃景。
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2011/10/19 14:14:22 12楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
万道霞光

　　日出前后和日落前后，天空的很大部分，特别是太阳附近的天空染上了颜色，当这部分天空有云朵时，云朵也染上了颜色，从地平线向上空，彩色的排序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，有时个别彩色可能不明显，但排序不变，这就是朝晚霞。日出前后的叫朝霞，日落前后的叫晚霞。

　　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，云块也会染上橙红艳丽的颜色。


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2011/10/19 14:14:39 13楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
　　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，当然也可能预示着降水的发生。

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2011/10/19 14:15:10 14楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
虹 和 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15~20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，称为虹。


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2011/10/19 14:15:49 15楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
　　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，称为霓或副虹。

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虹

霓

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2011/10/19 14:16:37 16楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
虹和霓形成的原因

　　虹和霓都要背对太阳而立才能观察到。在夏日的傍晚，西方放晴而东方天空有云 雨时，最易看到虹和霓。当太阳光平行地照射到水滴上时，经历折射反射后的出射光中，多数比较暗淡，只有偏离阳光原入射方向的角度为最小(即最小偏向角)的出射光束，显得特别明亮。若在与太阳相对的另一半天空中的水滴，被阳光照射，在雨滴中经两次折射、一次内反射而以最小偏向角出射的光，恰好投射到背太阳而立的观测者眼帘，看到的弧形光环便是虹。阳光七种色光的最小偏向角稍不同，平均约为138度。若阳光在雨滴中经两次折射，两次内反射而以最小偏向角出射的光，恰好投射到背阳而立的人眼中，看到的弧形环便是霓，阳光七种色光的最小偏向角亦稍异，平均约232度。

　　虹的彩环排序为内紫外红原因为：阳光中的红光最小偏向角最小为137度42分，紫光的最大为139度24分，若阳光投射到较高位置的雨滴，并以最小偏向角出射的红光，恰进观测者眼帘，那么只可能是阳光投射到较低位置的雨滴上并以最小方向角出射的紫光，才能同时进入观测者的眼帘。如图所示，红色在外，紫色在内。图还表明了虹的彩环视角平均约42度。同样道理, 可知霓的彩环为内红外紫的排序。以及霓的视张角平均约52度。


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2011/10/19 14:17:16 17楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
　　虹的色彩和宽度与雨滴大小有关。雨滴愈大，虹带愈狭窄，色彩愈鲜明；反之，雨滴愈小，虹带愈宽，色彩愈暗淡。雨滴过小，则不可能出现虹。另外，当太阳高度角大的时候，例如在中午，就不会看到虹。又因为虹是“日照雨”时形成，它总是出现在太阳的对面，所以朝虹见于西方，暮虹见于东方。

　　有时在虹的外侧还能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫内红，这就是副虹或霓。
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　　霓和虹的不同点，仅仅在于光线在雨点内产生二次内反射。因此光线通过雨滴后射到我们眼帘时，光弧色带就与虹正好相反。有时，还会产生第三道、第四道虹。甚至还会由于光线的衍射作用，在虹的内侧产生几条附属弓，这也是一种特殊的虹。
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2011/10/19 14:18:08 18楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
为什么说“东虹日出西虹雨”？

　　夏天，如果在西边的天空里，升起了一条彩色的长虹，有经验的老农会说：“东虹日出，西虹雨。今天这场雨是下定了的。”这是什么道理呢？

　　虹，是大气里的光象，它不是随随便便出来的。当大气十分干燥，或者大气层里只有微小的水滴时，虹是不会出现的。只有大气层里有较大的水滴时，才会有虹出现。所以天空里有虹出现，就表明大气里有较大的水滴存在；在虹的顶头上，也可能已在下雨了。

　　虹在东方，表明在我们东边的大气里有雨存在。而大气一般是有规律地自西向东运动的，东方的坏天气只会越来越往东移去。如果虹在西方，表明在我们西边的大气里有雨，随着大气的运动，雨水就很容易落到我们这个地方来。因此东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。

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2011/10/19 14:19:10 19楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
为什么夏天雨后往往有虹呢？

　　因为夏天常常下雷雨或阵雨，这些雨的范围不大，往往是这边天空在下雨，那边天空仍闪耀着强烈的阳光。有时候，雨过以后，天空还飘浮着许多小水滴，当太阳光通过这些小水滴时，经过反射和折射作用，天空中的彩虹就出现了。

　　虹的出现与当时天气变化相联系的，一般我们从虹出现在天空中的位置，可以推测当地将再现晴天或雨天。


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2011/10/19 14:19:47 20楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
日 月 晕 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，因此晕就往往成为阴雨天气的先兆。

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