1、大氣中的光影奇景大氣中的光影奇景光現象基本類型光現象基本類型日月星辰類：日食，月食，流星雨，華蓋等光環現象類：虹霞，極光，佛光海市蜃樓類：海市蜃樓，海滋光在大氣中的傳播光在大氣中的傳播光在大氣中的入射與反射光在大氣中的入射與反射光在大氣中的散射光在大氣中的散射光在大氣中的折射光在大氣中的折射光在大氣中的衍射光在大氣中的衍射 光在大氣中的入射與反射光在大氣中的入射與反射 當光線以一定的角度投射在物體表面時，它會以與入射角大小相同的角度被反彈出來。如圖4-24所示，光線以入射角“a”投射到物體表面，在以角度“b”由表面反彈出去，而角度“a”等于角度“b”這就是光的反射光在大氣中的散射光在大氣中的散

2、射 當我們避開太陽朝天空張望時，看到的是蔚藍的天空，這就是說，在那個方向的天空有光線射入我們的眼簾，從太陽發射過來的光線，在天空的某個地方改變了方向，不然的話，我們所能看到的一切，就只不過是星際空間的黑暗，或者是來自某個遙遠星辰的亮光。原來，當光線穿過地球周圍的大氣時，它的一些能量就向四面八方反射，這樣的過程就是散射。 因此，光波在遇到大氣分子或氣溶膠粒子等時，便會與它們發生相互作用，重新向四面八方發射出頻率與入射光的相同，但強度較弱的光(稱子波)，這種現象稱光散射。子波稱散射光，接受原入射光并發射子波的空氣分子或氣溶膠粒子稱散射粒子。當散射粒子的尺度遠小于入射光的波長時(例如大氣分子對可見光

3、的散射)，稱分子散射或瑞利散射瑞利散射，散射光散射光分布均勻且對稱。 當散射粒子的尺度與入射光波長可比擬時(例如飄塵粒子對可見光的散射)，散射光的強度分布不對稱而是分布復雜，稱為米散射米散射。光在大氣中的折射 光在到達大氣與透明物體的分界面，或者光在到達密度不同的兩層大氣的分界面時，會發生傳播方向的屈折，我們把這種現象稱之為光的折射。 由于地球上空氣的密度隨高度的變化，折射率隨密度減小而正比例地減小，因此光在大氣中傳播時，通過一層層密度不同的大氣，在各層的分界面處會發生折射，使光線不沿直線傳播而是變彎曲，這樣當太陽和其他星體的光線進入大氣以后，光線就會拐彎，這種現象稱天文折射，這使在地面觀測得

4、的天體視位置S比實際位置S高。 來自大氣某目標物發出的光線，在向接收器傳播途中發生屈折的現象稱地球折射。 當大氣中溫度的垂直分布出現異常時，就會引起空氣密度垂直變化異常因而產生異常折射。如果下層空氣比上層空氣冷，也就是出現了強烈的溫度逆增時，光線在這種氣溫隨高度升高因而使空氣密度隨高度銳減的氣層中傳播，會向下屈折；而光線在氣溫隨高度而降低的氣層內傳播，會向上屈折。實際大氣溫度的垂直分布復雜多變，因而會產生豐富多彩的大氣光象。光在大氣中的衍射 光波在傳播過程中，遇到小尺度的障礙物時(指光波波長比障礙物尺度大得多)，光波具有的繞過障礙物而形成明暗相間光環的本領稱光的衍射。 例如光波可繞過小孔產生衍

5、射，在紙屏上生成明暗相間的衍射光環。 。光在大氣中的衍射 在大氣中傳播的日光或月光遇到小云滴(小雨滴或小冰晶)等障礙物時，會繞過這些障礙物而產生衍射。當天空中存在由均勻小云滴組成的透光高層云或透光高積云時，月光在透過云層時遇云滴而產生衍射，由于云滴大小均勻，形成的衍射環能迭加，從而出現以月亮為中心的一圈圈明暗相間彩色光環，這就是華。 公元前6世紀7世紀，伊朗高原上強盛的米底王國向西進兵小亞細亞，遇到呂底亞王國的頑強抵抗，兩國在哈呂斯河(今柯孜勒河)一帶展開激烈的戰斗。腳下的土地被爭來奪去，戰役一個接著一個，就這樣一打就是5年。 一天，兩軍對陣，激烈的廝殺一直持續到太陽偏西。忽然，士兵們發現，一

6、個黑影闖入圓圓的日面，把太陽一點點吞食，眩目的太陽光盤逐漸減少，大地的亮度慢慢減弱，好像黃昏提前來到。隨即，太陽全被吞沒，頓時天昏地暗，仿佛夜幕突然降臨，一些亮星在昏暗的天空中閃爍。士兵們從來沒見過這種景象，驚得目瞪口呆，停止了廝殺。 過了不久，太陽重新出現，但雙方認為這是上天不滿兩國的戰爭而發出的警告，仗不能再打下去了。一場曠日持久的戰爭，就這樣化干戈為玉帛。日食日食 日食是月球運動到太陽和地球中間，如果三者正好處在一條直線時，月球就會擋住太陽射向地球的光，月球身后的黑影正好落到地球上，這時發生日食現象。 太陽被完全遮住的叫日全食月球遮住太陽的一部分叫日偏食。 一圈日面，好象一個光環似的叫日

7、環食 月球只遮住太陽的中心部分中心部分，在太陽周圍還露出日食的三種基本類型月食 月食是一種特殊的天文現象，指當月球運行至地球的陰影部分時，在月球和地球之間的地區會因為太陽光被地球所遮閉，就看到月球缺了一塊。此時的太陽、地球、月球恰好 （或幾乎） 在同一條直線上。月食可以分為月偏食、月全食和半影月食三種。月食只可能發生在農歷十五前后。 Meteor Shower 流星雨的產生一般認為是由于流星體與地球大氣層相摩擦的結果（流星體可以是小行星帶上的小行星），流星群往往是由彗星分裂的碎片產生，因此，流星群的軌道常常與彗星的軌道相關.成群的流星就形成了流星雨。 世界七大流星雨 Leo 獅子座 Gemin

8、i 雙子座 Orion 獵戶座 Perseus 英仙座 Taurus 金牛座 Draco 天龍座 Lyra 天琴座資料圖：獅子座流星雨資料圖：獅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，都有一些流星從獅子座方向迸發出來，流星從獅子座方向迸發出來，大概方位是在東偏北一點，水大概方位是在東偏北一點，水平高度平高度40度左右的天空區域，度左右的天空區域，這就是獅子座流星雨。這就是獅子座流星雨。獅子座流星雨并不是獅子座流星雨并不是“獅獅子座子座”上的流星雨。上的流星雨。“獅子座獅子座”上即使有流星雨，在地球上憑上即使有流星雨，在地球上憑肉眼也看不

9、到肉眼也看不到。“獅子座獅子座”流流星雨是由一顆叫做星雨是由一顆叫做“坦普爾坦普爾-塔塔特爾特爾”的彗星所拋撒的顆粒滑的彗星所拋撒的顆粒滑過大氣層所形成的。因為形成過大氣層所形成的。因為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與恰好與“獅子座獅子座”在天球上的在天球上的投影相重合，在地球上看起來投影相重合，在地球上看起來就好像流星雨是從就好像流星雨是從“獅子座獅子座”上噴射出來，因此稱為上噴射出來，因此稱為“獅子獅子座座”流星雨流星雨 雙子座雙子座流星雨每年都會出現，屬于較強的流星雨，僅次于“流星雨之王”獅子座流星雨。它源自一顆1983年才被發現的小行星，屬于燃盡的彗星遺骸

10、。不過與短暫的獅子座流星雨不同，雙子座流星雨通常可持續10天左右。 資料圖：獵戶座獵戶座流星雨獵戶座流星雨為世界七大流星雨之一，獵戶座流星雨有兩種，輻射點在參宿四附近的流星雨一般在11月20日左右出現；輻射點在附近的流星雨則發生于10月15日到10月30日，極大日在10月21日，我們常說的獵戶座流星雨是后者，它是由著名的哈雷彗星哈雷彗星造成的，哈雷彗星每76年就會回到太陽系的核心區，散布在彗星軌道上的碎片，形成了著名的獵戶座流星雨 英仙座流星雨是最有名的流星雨之一，因為它不但數量多數量多，而且幾乎從來沒有在夏季星空中缺席，每年固定時間穩定出現，是最活躍最活躍、最常被觀測到的流星雨，也是對非專業

11、流星觀測者來說最好的流星雨，為全年三大周期性流星雨之首。流星體都非常小，但是由于其速度驚人，每秒可達60公里，所以對于宇宙飛船或衛星仍有潛在的危險性 資料圖：金牛座金牛座流星雨 金牛座流星雨是個與恩克彗星相關聯的流星雨，因為輻射點看似來自天空中的金牛座而得名，因為出現的時間在10月底至11月初，適逢萬圣節的時段，因此也被稱為萬圣節煙火萬圣節煙火。天龍座天龍座流星雨，由于其輻射點位置在天龍座，因而叫天龍座流星雨。其具體輻射 點位置在赤經262度，赤緯55度。人們比較熟悉的獅子座流星雨，其流星速度為每秒71千米，而天龍座流星雨，其流星速度每秒只有20千米，其動態是“慢騰騰慢騰騰”的。觀察天龍座流星

12、雨，高緯度地區(北方)比低緯度地區(南方)有利。獅子座、英仙座流星雨各地最佳觀察時間在凌晨，而觀察天龍座流星雨最佳時間應在晚上。 天琴座天琴座是出現在每年的4月15日至4月28日的著名流星雨，最大期在4月22日，因此也稱為4月天琴座流星雨，而因輻射點在天琴座(織女星)附近，所以也稱為天琴座流星雨,這個流星雨已經被觀察了2600年之久。 絢絢 麗麗 華華 蓋蓋 天空中有一層透光薄云，云中的水滴大小均勻，若是由冰晶組成的云則要求冰晶尺寸均勻。月光或陽光透射云層過程中，受到均勻云滴(水滴或冰晶)的衍射，結果會在月亮或太陽周圍緊貼月盤或日盤形成內紫外紅的彩環，稱為華。因日光太亮，人們不易觀察到日華，月

13、華則比較常見。緊貼月盤的華又稱華蓋，通常華蓋的紫色不太顯著故內環呈青藍色，其外呈黃色為主，最外呈紅色。有時在華蓋外隔一暗圈后還會出現一個甚至幾個彩色排序與華蓋相同，但亮度弱得多的同心光環，稱為副華。日日 月月 暈暈 環環 天空中有一層高云，陽光或月光透過云中的冰晶時發生折射和反射，便會在太陽或月亮周圍產生彩色光環，光環彩色的排序是內紅外紫。稱這七色彩環為日暈或月暈，統稱為暈。其中對觀測者所張的角半徑為22度的暈最為常見，稱22度暈，偶爾也可看到角半徑為46度的暈和其他形式的與暈相近的光弧。由于有卷層云存在才出現暈，而卷層云常處在離鋒面雨區數百公里的地方，隨著鋒面的推進，雨區不久可能移來，因此暈

14、就往往成為陰雨天氣的先兆。萬道霞光萬道霞光 。霞是怎樣形成的呢？實際上它和天空產生蔚藍色的道理是一樣的。都是由于空氣分子的散射作用空氣分子的散射作用而造成的。只不過當日出和日落前后時，陽光通過厚厚的大氣層，被大量的空氣分子散射的結果。據計算，太陽在地平線上時所透過的大氣層厚度為白天太陽當頭時所透過的大氣層的三十五倍。由于陽光被大量空氣分子所散射，紫色和藍色的光就減弱得最多，到達地平線上空時已所剩無幾了。余下的只是波長較長的黃、橙、紅色光了。這些光線經地平線上空的空氣分子和塵埃、水汽等雜質散射以后，那里的天空看起來也就帶上了綺麗的色彩。空中的塵埃、水汽等雜質愈多時，這種色彩愈顯著。如果有云，云塊

15、也會染上橙紅艷麗的顏色。另外，存在于大氣中的水汽和灰塵是影響霞的樣子的基本因素。大氣中所含的水汽越多，霞的色彩越紅。空氣濕度的增加通常發生于壞天氣的氣旋逼近之前，因此當出現紅色或橙色的鮮明的霞時，就可能預示著天氣將變壞。虹虹 和和 霓霓 歷史上，曾經有人見過四條彩虹并列在空中奇景，那是1948年9月24日今晚6時左右，在蘇聯列寧格勒的尼瓦河上空出現的。當時天空中是一片烏云，后來從海面上突然吹來了一陣充滿水滴的風，一瞬間烏云下出現了太陽，整個天空中馬上橫貫一條光彩奪目的虹。同時，在它的不遠上方生成了色彩倒排的雙虹，這虹是由日光在尼瓦河上反射而形成的。數分鐘后，在主虹內側直接相連處，生成了狹細的三

16、虹，以后又出現了四虹，其寬度只有第一道虹的三分之一。彩色也大大減淡。最后兩條虹最鮮艷部分是深紅色帶。四條虹在天空中的時間約1520分鐘之久。人們常見的是一條虹，偶而能見到兩條虹并列懸掛在空中。含七種色光的太陽光線，射入大氣中的水滴(雨滴或霧滴)，各種色光經歷折射和反 射后，可在雨幕或霧幕上形成彩色光弧環。當光弧環對觀測者所張的角半徑約42度， 光環的彩色排序是內紫外紅時，稱內紫外紅時，稱為虹。為虹。在虹的外面，有時還出現較虹弱的彩色光環，光環對觀測者所張的角半徑約為52 度，彩色環的排序與虹相反即內紅外紫，稱為霓內紅外紫，稱為霓或副虹。或副虹。 極光極光 太陽是一個龐大而熾熱的氣體球，在它的內

17、部和表面進行著各種化學元素的核反應，產生了強大的帶電微粒流，并從太陽發射出來，用極大的速度射向周圍的空間。當這種帶電微粒流射入地球外圍那稀薄的高空大大氣層時，就與稀薄氣體的分子猛烈地沖擊起來，于是產生了發光現象，這就是極光。 佛光 佛光指一種光的自然現象，當陽光照在云霧表面，經過衍射和漫反射作用形成佛光的自然奇觀。陽光將人影投射到云彩上，云彩中細小冰晶與水滴形成獨特的圓圈形彩虹。 佛光”，一種很像彩虹但比彩虹小的大氣光學現象，因其放射如寶石那樣五彩繽紛的光色，氣象學上稱為“寶光”，由于以往人們多在峨眉山看見，因而我國氣象學界特將之定名為“峨嵋寶光”。 海市蜃樓 海市蜃樓是一種因光的折射而形成的

18、自然現象。它也簡稱蜃景，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。 2011年5月9日下午4時左右，海口市沿海出現海市蜃樓奇觀，持續一個小時左右。2011年5月10日，廣州塔又現“空中皇冠”奇景， 專家稱是海市蜃樓。2013年4月30日，在珠海九洲港的海面上疑現“海市蜃樓”，海面上漂浮著“塔吊”。 廣州塔廣東山東煙臺海濱河上小舟海滋 海滋是類似海市蜃樓的一種光學現象。當海水與水面的空氣層出現較大溫差時，光線通過密度不同的大氣層發生折射，從而形成了島嶼等變幻畫面。 海海滋現象與海市蜃樓、平流霧并稱海上三滋現象與海市蜃樓、平流霧并稱海上三大奇觀大奇觀，多發生在春夏或夏秋之交時節，冬季出現十分罕見

19、。 形成條件 在春夏、夏秋之際，海水與水面的空氣層易出現較大溫差。天氣晴朗后氣溫開始回升，暖而濕的空氣和海面附近的低溫混合，凝結成小水珠，飄浮于空中形成平流霧平流霧。霧帶的形成又為海滋的形成創造了條件。 海滋與陰雨天氣有關系，連續陰雨會造成大氣溫度、密度、氣溫層等的變化，有利于形成海滋現象出現的必備自然條件 與海市蜃樓的區別 “海市蜃樓”與“海滋”的區別在于一遠一近，一虛一實。 在沙漠上空或東海海面上空出現萬里以外的倫敦城的景色，就是 “海市蜃樓”；海市蜃樓奇景多但稍縱即逝，海滋海市蜃樓奇景多但稍縱即逝，海滋景觀存在時間則較景觀存在時間則較長。長。 海市蜃樓”與“海滋”的形成原理在本質上是有區

20、別的本質上是有區別的。當異地景物被陽光折射到空氣稀薄的高空后，恰好造成適宜的角度，又經不同密度的空氣層的傳遞折射回低空，平靜的海面即成海市”的地面接收站。所以，海市蜃樓均一海市蜃樓均一幅來自異地的虛像。幅來自異地的虛像。海滋海滋”的景物取自當地海面上的實的景物取自當地海面上的實體體，當水溫與氣溫存在較大差異而且海面上空氣層生強逆溫時，低空海面生成密度較大的“水晶體空氣層”，再由陽光折射就形成了“海滋”。 平流霧平流霧 2012年6月10日，青島即墨附近海域就出現了這兩種奇觀，下午5點多鐘，在青島即墨市鰲山衛鎮附近海域出現了罕見的“平流霧”和“海滋”現象，遠處的山峰被云層一般的霧帶所籠罩，好像漂浮在空中一樣。部分山體若隱若現，遠遠望去空幽飄渺，恍若仙境。“平流霧平流霧”是暖濕空氣一是暖濕空氣一到較冷的陸地或水面時