海市蜃楼形成的原因

海市蜃楼形成的原因当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候光的速度不变它以直线的方向前进可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时光的速度就会发生改变进行的方向也发生曲折这种现象叫做折射当你用一根直杆倾斜地插入水中时可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好像折断的一般这就是光线折射所成的有人曾利用像左边上面那个图所示的装置使光线从水里投射到水和空气的交界面上就可以看到光线在这个交界面上分两部分一部分反射到水里一部分折射到空气中去如果转动水中的那面镜子使投向交界面的光线更倾斜一些那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些当投向交界面的光线如左下图所示的情况时光线就全部反射到水里再没有折射到空气中去的光线了这样的现象叫做全反射空气本身并不是一个均匀的介质在一般情况下它的密度是随记度的增大而递减的高度越高颏度越小当光线穿过不同高度的空气层时总会引起一些折射但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了所以不觉得有什么异样可是当空气温度在垂直变化的反常并会导致与通常不同的折射和全反射这就会产生海市蜃楼的现象由于空气密度反常的具体情况不同海市蜃楼出现的型式也不同在夏季白昼海水湿度比较低特别是有冷水流经过的海面水温更低下层空气受水温更低下层空气受水温影响较上层空气为冷出现下冷上暧的反常现象正常情况是下暖上凉平均每隔100米高度气温降低0506左右下层空气本来就因气压较高密度较大现在再加上气温又较上层为低密度就显得特别大因此空气层下密上稀的差别异常显著假使在我们的东方地平线下有一艘轮船一般情况下是看不到它的如果由于这时空气下密上稀的差异太大了来自船舶的光线先由密度的气层逐渐折射进入稀的气层并在上层发生全反射又折回到下层密的气层中来经过这样弯曲的线路最后投入我们的眼中我们就能看到它的像由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多所以叫做上现蜃景我国渤海中有个庙岛群岛在夏季白昼海水温度较低空气密度会出现显著地下密上稀的差异在渤海南岸的蓬莱县古时又叫登州常可看到庙岛群岛的幻影宋朝时候的沈括在他的名著梦溪笔谈里就有这样的记载登州海中时有云气如宫室台观城堞人物车马冠盖历历可睹这就是他在蓬莱所看到的上现蜃景1933年5月22日上午11点多钟青岛前海胶州湾外口竹岔岛上也曾发现过上现蜃景一时轰传全市很多人前往观看1975年在广东省附近的海面上曾出现一次延续6小时的上现蜃景不但夏季在海面上可以看到上现蜃景在江面有晨也可看到例如1934年8月2日在南通附近的江面上就现过那天酷日当空天气特别热午后突然发现长江上空映现出楼台城廓和树木房屋全部蜃景长20多里约半小时后向东移动突然消逝后又出现三山高耸入云中间一山很像香炉又隔了半小时才全部消失在沙漠里白天沙石被太阳晒得灼热接近沙层的气温升高极快由于空气不善于传热所以在无风的时候空气上下层间的热量交换极小遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象在这种情况下如果前方有一棵树它生长在比较湿润的一块地方这时由树梢倾斜向下投射的光线因为是由密度大的空气层进入密度小的空气层会发生折射折射光线到了贴近地面热而稀的空气层时就发生全反射光线又由近地面密度小的气层反射回到上面较密的气层中来这样经过一条向下凹陷的弯曲光线把树的影像送到人的眼中就出现了一棵树的倒影由于倒影位于实物的下面所以又叫下现蜃景这种倒影很容易给予人们以水边树影的幻觉以为远处一定是一个湖凡是曾在沙漠旅行过的人大都有类似的经历拍摄影片登上希夏邦马峰的一位摄影师行走在一片广阔的干枯草原上时也曾看见这样一个下现蜃景他朝蜃景的方向跑去想汲水煮饭等他跑到那里一看什么水源也没有才发现是上了蜃景的当这是因为干枯的草和沙子一样可以被烈日晒得热浪滚滚使空气层的密度从下至上逐渐增大因而产生下现蜃景无论哪一种海市蜃楼只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现当大风一起引起了上下层空气的搅动混合上下层空气密度的差异减小了光线没有什么异常折射和全反射那么所有的幻景就立刻消逝了