海市蜃樓

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海市蜃樓,又稱蜃景,是一種因為光的折射和全反射而形成的 自然現象 ,是 地球 上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。其本質是一種光學現象。

海市蜃樓的出現與地理位置、地球物理條件以及那些地方在特定時間的氣象特點有密切聯系。其特點是同一地點重復出現和出現的時間一致。

基本簡介

平靜的海面、大江江面、湖面、 雪原 、沙漠或戈壁等地方,偶爾會在空中或“地下”出現高大樓臺、 城廓 、樹木等幻景,稱為海市蜃樓。山東蓬萊海面上常出現這種幻景,古人歸因于蛟龍之屬的蜃,吐氣而成樓臺城廓,因而得名。

海市蜃樓是一種光學現象。沙質或石質地表熱空氣上升,使得光線發生折射作用,于是就產生了海市蜃樓。海市蜃樓會發生在離海岸線大約6英里(9.6千米)的沙漠地區,會使1英里(1.6千米)以外或更遠的物體看起來似乎要移動。使陸地導航變得非常困難,因為在海市蜃樓環境中,天然特征都變得模糊不清了。海市蜃樓會使一個人很難辨別遠處的物體,同時也會使遠處視野的輪廓變得模糊不清,你感覺好像被一片水包圍著,而那片區域高出來的部分看上去就像水中的“島嶼”。海市蜃樓還會使你識別目標、估計射程、發現人員等變得十分困難。不過,如果你到一個高一點的地方高出沙漠地面10英尺(3米左右)(3又1/3米),你就可以避開貼近地表的熱空氣,從而克服海市蜃樓幻境。總之,只要稍稍調整一下觀望的高度,海市蜃樓現象就會消失,或者它的外觀和高度會發生改變。

海市蜃樓常在海上、沙漠中產生,海市蜃樓是光線在延直線方向密度不同的氣層中,經過折射造成的結果。海市蜃樓的種類很多:根據它出現的位置相對于原物的方位,可以分為上蜃、下蜃和側蜃。

內在本質

自古以來,蜃景就為世人所關注。在 西方神話 中,蜃景被描繪成魔鬼的化身,是死亡和不幸的兇兆。古代則把蜃景看成是仙境,秦始皇、 漢武帝 曾率人前往 蓬萊 尋訪仙境,還多次派人去蓬萊尋求靈丹妙藥。現代科學已經對大多數蜃景作出了正確解釋,認為蜃景是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像,所謂蜃景就是 光學 幻景。

形成條件

蜃景與地理位置、地球物理條件以及那些地方在特定時間的氣象特點有密切聯系。氣溫的反常分布是大多數蜃景形成的氣象條件。

沙漠海市蜃樓 就拿下蜃的形成來說。夏季沙漠中烈日當頭,沙土被曬得灼熱,因 沙土 的比熱小,溫度上升極快,沙土附近的下層空氣溫度上升得很高,而上層空氣的溫度仍然很低,這樣就形成了氣溫的反常分布,由于熱脹冷縮,接近沙土的下層熱空氣密度小而上層冷空氣的密度大,這樣空氣的折射率是下層小而上層大。當遠處較高物體反射出來的光,從上層較密空氣進入下層較疏空氣時被不斷折射,其 入射角 逐漸增大,增大到等于臨界角時發生全反射,這時,人要是逆著 反射光線 看去,就會看到下蜃。

柏油馬路因路面顏色深,夏天在灼熱陽光下吸收能力強,同樣會在路面上空形成上層的空氣冷、密度大,而下層空氣熱、密度小的分布特征,所以也會形成下蜃。

發生在沙漠里的“海市蜃樓”,就是 太陽光 遇到了不同密度的空氣而出現的折射現象。沙漠里,白天沙石受太陽炙烤,沙層表面的氣溫迅速升高。由于空氣傳熱性能差,在無風時,沙漠上空的垂直氣溫差異非常顯著,下熱上冷,上層 空氣密度 高,下層空氣密度低。當太陽光從密度高的空氣層進入密度低的空氣層時,光的角度發生了改變,經過光的折射,便將遠處的綠洲呈現于人們眼前了。在海面或江面上,有時也會出現這種“海市蜃樓”的現象。

海市蜃樓是一種光學幻景,是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。海市蜃樓簡稱蜃景,根據物理學原理,海市蜃樓是由于不同的空氣層有不同的密度,而光在不同的密度的空氣中又有著不同的折射率。也就是因海面上冷空氣與高空中 暖空氣 之間的密度不同,對光線折射而產生的。

形成原因

海市蜃樓是一種因遠處物體被折射而形成的幻象,其產生原因是 太陽 使地面溫度上升后形成的一種氣溫梯度。由于密度不同,光線會在氣溫梯度分界處產生折射現象。大腦認為光線總是沿直線傳播,但是當光線通過下方溫度低、密度大的大氣時,就會向下折射,所以大腦中顯現的遠處物體就會比實際高。

海市蜃樓經常發生在海上,因為海上一定范圍之內的空間 空氣濕度 較大,厚度也比較大,這樣大面積的水蒸汽在運動下 陰差陽錯 地形成了一個巨大的 透鏡 系統。當近地面的氣溫劇烈變化時,則會引起大氣密度的巨大差異,遠方的景物,在光線傳播時則會發生異常折射和全反射,從而造成蜃景。另外,海市蜃樓的發生還與不同高度空氣層的折射率有關,水汽含量是直接影響 折射率 的重要氣象要素。同時,與氣溫、 相對濕度 突變也存在著一定關系。靠近海面的空氣由于 海水溫度 較低,且水蒸汽潮濕,因而折射率較大,而上方的空氣因受日照影響溫度較高。海面上空空氣層的折射率是由下而上隨高度逐漸減小,由于氣象要素變化的不連續性,導致光在空氣中折射率變化也呈現不連續性,光線穿過折射率大的空氣層頂時,在晴朗、無風或微風的氣象條件下,則容易形成 全反射 ,從而產生海市蜃樓的奇觀。

形成原理

光的折射:光從一種 介質 斜射入另一種介質時,傳播方向發生改變,從而使光線在不同介質的交界處發生偏折。理解:光的折射與光的反射一樣都是發生在兩種介質的交界處,只是 反射光 返回原介質中,而折射光線則進入到另一種介質中。由于光在在兩種不同的物質里傳播速度不同,故在兩種介質的交界處傳播方向發生變化,這就是光的折射。

實驗

有人曾利用裝置,使光線從水里投射到水和空氣的交界面上,就可以看到光線在這個交界面上分兩部分:一部分反射到水里,一部分折射到空氣中去。如果轉動水中的那面鏡子,使投向交界面的光線更傾斜一些,那么光線在空氣中的折射現象就會顯得更厲害些。

模擬實驗

在一間不通風的屋子里,把一塊長1.5米寬20厘米的平滑鐵片橫放在幾根用鐵管(或用木棍代替)做成的小柱子上,在 鐵片 上撒上薄薄一層沙,做成沙漠型的表面。用深色的紙剪成樹和 駱駝 ,貼在一塊 毛玻璃 (乳白色玻璃)上,把 玻璃板 放在鐵片的一端,和鐵片垂直,使樹和駱駝露在沙層上面。在玻璃板后下方,用一只手電筒向上照射,在鐵片的另一端看去,好像樹木和駱駝后面襯托著明亮天空一樣。然后,用小的 煤球爐 三只,放在鐵片下面來加熱(或用一只長型的 炭盆 ,有條件時用長型的電爐加熱最為理想)。加熱時,要注意鐵片各處加熱要均勻,特別是靠近毛玻璃一端三分之二的地方。

這樣,當加熱一定時間以后,用手靠近沙面,感到很熱時,開始沿薄鐵片往毛玻璃方向觀察。你就能發現沙面下方出現樹木和駱駝的倒影,好像樹木和駱駝旁邊有湖水時所形成的倒影一樣。這種現象就是“海市蜃樓”。

在炎熱的夏天,有時在柏油馬路上也能看到房屋、樹木的倒影。這實質上也是一種“蜃景”現象。

特點

蜃景有兩個特點:一是在同一地點重復出現,比如美國的 阿拉斯加 上空經常會出現蜃景;二是出現的時間一致,比如蓬萊的蜃景大多出現于每年的5、6月份,俄羅斯齊姆連斯克附近蜃景往往是在春天出現,而美國阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天內出現。

類別

海市蜃樓是一種反常的折射現象,它是光線在垂直方向密度不同的大氣層中傳播,經過折射造成的結果。常分為上現、下現和側現海市蜃樓。

上蜃景

名稱來自于意大利的MorganleFay,神話中與 亞瑟王 是異母姊妹的仙女。他會更替的出現被壓縮或伸展、倒置和抬升的影像。上蜃景也是一種快速變化的蜃景。

上蜃景幾乎可以在任何區域中觀察到,但是最常見的是在極地,特別是有著一致低溫的大片冰層。在極地的上蜃景現象都在相對較冷的天氣被觀察到,然而在沙漠、海洋、和湖泊,可以在熱天觀察到。要生成上蜃景, 逆溫層 須要對光線造成強大的偏折,在逆溫層內的偏折必須大于地球表面的 曲率 。在這樣的條件下,光線被偏折并且成為弧形。一為觀測者的位置必須在其中或低于大氣波導之下才能看見上蜃景。從海平面到高山頂,甚至在飛機上,在大氣層的任何高度都可以看見上蜃景。

凡是物體的映像或幻景看上去好像從天空某一空氣層反射而來的,則稱為上現蜃景。上現蜃景常出現于海上,和北方有冰雪覆蓋的地方。這是因為海水表面蒸發時要消耗熱量同時海水溫度的升高緩慢,而在冰雪覆蓋的地區由于冰雪面能將大部分太陽光反射掉同時冰雪融化時也要消耗大量熱量,致使下層的溫度變得很低,因此在這些地方最容易出現強烈的 逆溫 現象。如果近地面層是強逆溫時,空氣密度會隨高度迅速減小,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,遠方地平線處的樓宇等的光線經折射進入觀測者眼簾,便出現了上現蜃景。

下蜃景

之所以稱為“下”是因為看見的影像是在實際物體下方的緣故。真實的物體是藍天或在這一方向的遠方物體,意思是說看見的物體實際上是在遠方地面被藍色補綴的。對在沙漠中筋疲力竭的旅行者,它看起來像是湖水;在柏油路的道路上,它看似滿溢的水或甚致是油。這被稱為“ 沙漠蜃景 ”或“高速路蜃景”。在陽光的曝曬下砂和柏油都會變得很熱,很容易就會比上方1米的空氣熱上10℃,而足以形成蜃景。

來自遠方特定距離物體的光線全都穿越幾乎相同的空氣層,并且全部都有相同的偏折量。因此來自物體頂端的光現將比那些來自底部的光線更低,所以這些蜃景經常是倒立的,天空增強了影像的錯覺,使得遠方物體的 影象 很像經過擾動的水或油坑表面作用的鏡像。

下蜃景的影象是不穩定的。熱空氣上升和冷空氣(因為密度較高)下降,因此空氣層會混合,引起上升的湍流,圖象會因此而被扭曲。它也可能會振動、垂直擴展(高聳)或橫向擴展(水平變寬)。如果有幾層不同的溫度層,可能會混核好幾個蜃景,導致雙(重疊)的影像。在任何情況下,蜃景的高度通常不會超過伴度(等同于 月球 或太陽的視直徑),并且與實物相距只有幾公里。

凡是物體的映像或幻景看上去好像由地面反射而來的,則稱為下現蜃景。下現蜃景大都出現熱季的沙漠上或冬季暖洋流的海上。在晴朗少云平靜無風的天氣里,陽光照射在干燥的沙土上,沙土的比熱小,土溫上升極快,這里幾乎沒有水分蒸發,土壤分子傳熱又極慢,熱量集中在表層,所以接近土壤層的空氣溫度也上升的很快,但上層空氣卻仍然很涼。當近地層是強烈降溫層時,氣溫隨高度很快降低,空氣密度隨高度很快增加,而光線在氣溫隨高度而降低的氣層內傳播時會向上屈折,遠方地平線處的景物的光線,經折射后直入觀測者眼簾,便出現了下現蜃景。

側向蜃景

當水平方向的大氣密度很不同,使大氣折射率在水平方向存在很大不同的時候,便可能出現側向蜃景。

觀賞佳地

長島

資料顯示,長島是中國海市蜃樓出現最頻繁的地域,特別是七八月間的雨后。

廈門五緣灣海市蜃樓 在煙波浩渺的大海上,鑲嵌著一群寶石般蒼翠如黛的島嶼,這就是被世人譽為“海上仙山”的美麗群島—— 廟島群島 ,亦稱長島,長島扼踞 遼東半島山東半島 之間的 渤海海峽 ,與古城 登州 (蓬萊)隔海相望。據《 史記 》記載, 秦皇漢武 都不辭跋涉,停步歇馬于蓬萊丹崖山畔,望海中仙山,乞求長生。這仙山指的便是長島,唐詩曾云:“忽聞海上有仙山,山在虛無縹緲間……”, 宋朝 的大文學家 蘇東坡 當年曾眺望長山諸島不由贊嘆道:“真神仙所宅也!”《 西游記 》、《 鏡花緣 》等神話小說更把這里描繪成一個虛幻縹渺,超脫凡塵的 世外桃源

惠來

惠來 另外,廣東的惠來也因海市蜃樓的頻繁出現而廣為人知。

海市蜃樓常出現于 神泉港 西南海面,時間多在春夏之交,天將大雨前夕。“海市蜃樓”的出現次次有異,有古代的臺榭、 亭閣 ,有現代的 高樓大廈 ,還曾出現過日本侵華的戰爭場面。同一次蜃景也變幻莫測,景象萬千:時而勇士披堅執稅,萬臺奔騰,時而曲苑、 酒旗 ,仕女嬉游,或隱或現,若遠若近,蔚為壯觀。蜃景出現有一年一次或數年一次,也有一年兩次。長則幾小時,短則十幾分鐘,甚至一瞬即逝。1957年3月19日蜃景出現,從下午一時至六時四十五分才消逝,是有史以來延續時間最長的一次。當地漁民總結為觀察氣候經驗,有“景遠候風,景近候雨”之說。

自然界中的蜃景

汽車在高速公路上奔跑,白花花的太陽光炙烤著路面,只聽見風的呼嘯和馬達的轟鳴,思維似乎停止了。突然,前方不遠處浮現出一灘水,正在前方行駛的汽車也在水中映出一個清晰的倒影。但隨著汽車的行駛,那灘水始終在前方,最后慢慢的消失。這是在高速公路上經常可以看到的現象。

一直流傳著這樣一個故事。從前,有一個駱駝隊在炎氣熏人的沙漠中躊躇前進。酷暑和干燥的天氣使得旅行者疲乏不堪, 皮袋 中的水已經喝完了,嘴唇干得發裂,這時他們多么想能喝到一口清涼的水啊!突然,在遙遠的前方沙漠間,出現了一個湖,湖的兩岸高聳著宮殿和寺院,給他們帶來了莫大的希望和清涼的預感,于是快速朝前奔去。走過一個沙丘又一個沙丘,但湖泊、宮殿和寺院仍在遙遠的地方,忽暗忽亮,忽隱忽現。過了一會兒,突然湖水、宮殿、寺院全部消失得無影無蹤了。

在平靜無風的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等處偶爾會在空中或“地下”出現高大樓臺、城廓、樹木等幻景,稱這種現象為海市蜃樓。山東蓬萊海面上常出現這種幻景。古代傳說中,認為蜃乃蛟龍之屬,能吐氣而成樓臺城廓,又說海市是海上神仙的住所,它位在“虛無飄渺間”,因而得此名。宋朝沈括在《 夢溪筆談 》中這樣寫道:“登州海中時有云氣,為宮室臺觀,城堞人物,車馬冠蓋,歷歷可睹。”

史料記載

史書記載《史記·封禪書》:“自威、宣、 燕昭 ,使人入海求蓬萊、 方丈瀛洲 。此 三神山 者,其傳在 勃海 中,去人不遠,患且至,則船風引而去。蓋嘗有至者,諸仙人及不死之藥在焉,其物禽獸盡白,而黃金白銀為宮闕。未至,望之如云;及到,三神山反居水下;臨之,風輒引去,終莫能至。”

南宋 遺民 林景熙 的《 蜃說 》,全文一百多字,是描寫海市蜃樓最好的一篇散文之一。

明朝

明朝 陸容菽園雜記 》:“蜃氣樓臺之說,出天官書,其來遠矣。或以蜃為大蛤,月令所謂雉入大海為蜃是也。或以為蛇所化。海中此物固多有之。然海濱之地,未嘗見有樓臺之狀。惟登州海市,世傳道之,疑以為 蜃氣 所致。蘇長公海市詩序謂其嘗出于春夏,歲晚不復見,公禱于海神之廟,明日見焉。是又以為可禱,則非蜃氣矣。”

明朝 方以智物理小識 》:“ 睢陽 袁可立 為撫軍,時飲樓上。忽艨艟數十揚帆來,各立介士,甲光耀目,朱旗蔽天,相顧錯愕。急罷酒料理城守,而船將抵岸,忽然不見,乃知是海市。”遂詩興大發,在 蓬萊閣 上留下千古名篇《 觀海市詩 》。

袁可立《 觀海市 》詩并序 (《 蓬萊閣詩 》中記述海市最真實得體的文章)

余建牙 東牟歲華 三易。每欲寓目海市,竟為機務纓纏,罔克一覲。甲子春,方得旨予告,因整理諸事之未集,又兩閱月,始咸結局,于是乃有暇晷。仲夏念一日,偶登署中樓,推窗北眺,于平日滄茫浩渺間儼然見一雄城在焉。因遍觀諸島,咸非故形,卑者抗之,銳者夷之;宮殿樓臺,雜出其中。諦觀之,飛檐列棟,丹堊粉黛,莫不具焉。紛然成形者,或如蓋,如旗,如浮屠,如人偶語,春樹萬家,參差遠邇,橋梁洲渚,斷續聯絡,時分時合,乍現乍隱,真有畫工之所不能窮其巧者。世傳蓬菜仙島,備諸靈異,其即此是歟?自已歷申,為時最久,千態萬狀,未易彈述。豈海若緣余之將去而故示此以酬夙愿耶?因作詩以記其事云。

登樓披綺疏,天水色相溶。云靄洚無際,豁達來長風。須臾蜃氣吐,島嶼失恒蹤。茫茫浩波里,突忽起崇墉。坦隅迥如削,瑞采郁蔥蔥。阿閣疊飛檻,煙霄直蕩胸。遙岑相映帶,變幻紛不同。峭壁成廣阜,平巒秀奇峰。高下時翻覆,分合瞬息中。云林蔭琦坷,陽麓煥丹叢。浮屠相對峙,崢嶸信鬼工。村落敷洲渚,斷岸駕長虹。人物出沒間,罔辨色與空。倏顯還倏隱,造化有元功。 秉鉞渤海 ,三載始一逢。縱觀臨已申,渴腸此日充。行矣感神異,賦詩愧長公。

清朝

劉獻廷 廣陽雜記

萊陽 董樵云:登州海市,不止幻樓臺殿閣之形,一日見戰艦百余,旌仗森然,且有 金鼓 聲。頃之,脫入水。又云, 崇禎 三年,樵赴登州,知府肖魚小試,適門吏報海市。蓋其俗,遇海市必擊鼓報官也。肖率諸童子往觀,見北門外長山忽穴其中,如城門然。水自內出,頃之上沸,斷山為二。自辰至午始復故。又云,涉海者云,嘗從海中望岸上,亦有樓觀人物,如岸上所見者。

《海市蜃樓》 —— 選自《夢溪筆談》(沈括)

登州海中,時有云氣,如宮室、 臺觀 、城堞、人物、車馬、 冠蓋 ,歷歷可見,謂之海市。或曰:“ 蛟蜃 之氣所為”,疑不然也。 歐陽文忠 曾出使 河朔 ,過 高唐縣 ,驛舍中夜有鬼神自空中過,車馬人畜之聲一一可辨,其說甚詳,此不具紀。問本處父老,云:二十年前嘗晝過縣,亦歷歷見人物。土人亦謂之海市,與登州所見大略相類也。

山市 》( 蒲松齡

奐山山市,邑八景之一也,然數年恒不一見。孫公子禹年與同人飲樓上,忽見山頭有孤塔聳起,高插青冥,相顧驚疑,念近中無此禪院。無何,見宮殿數十所,碧瓦飛甍,始悟為山市。未幾, 高垣 睥睨,連亙六七里,居然城郭矣。中有樓若者,堂若者,坊若者,歷歷在目,以億萬計。忽大風起,塵氣莽莽然,城市依稀而已。既而風定天清,一切烏有,惟危樓一座,直接霄漢。樓五架,窗扉皆洞開;一行有五點明處,樓外天也。層層指數,樓愈高,則明漸少。數至八層,裁如星點。又其上,則黯然縹緲,不可計其層次矣。而樓上人往來屑屑,或憑或立,不一狀。逾時,樓漸低,可見其頂;又漸如常樓;又漸如高舍;倏忽如拳如豆,遂不可見。又聞有早行者,見山上人煙市肆,與世無別,故又名“ 鬼市 ”云。(人教版語文七年級上冊第20課)。

現代記錄

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。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。

2012年5月2日下午,一陣大雨過后,在廣東汕頭中環大廈西北方向天空出現連綿起伏的山脈,而平時在該角度望去是看不到山的,所以應是海市蜃樓現象。

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 ”。群山上半部分非常清晰,而下半部分就是浩瀚飄渺的云霧連接著海水。群山漸漸模糊,逐漸被隱去,與天色融為一體,直至完全消失。整個過程大約持續了20多分鐘。

2014年2月2日中午12時許,家住后海海境界一期的關先生一家驚喜目睹窗外海面上出現海市蜃樓,時間大約持續5分鐘。

2014年05月20日在新沙港區西北方向,兩臺 橋吊 中間的遠處清晰地看到廣州“小蠻腰”和西塔東塔,大家都紛紛用手機拍照。16時25分許,“ 小蠻腰 ”看得最清晰;16時30分許,“小蠻腰”上部大幅減少,另外三座建筑物仍清晰可見。可是幾分鐘后,“小蠻腰”便逐漸消失在云霧中。

2015年3月19日上午,山東省青島西海岸新區靈山灣海域,正在海邊散步的市民發現,在 靈山島 附近,海平面出現幾座高樓狀的物體,原本空蕩的海平面突然出現這樣的奇景,多數人猜測這是“海市蜃樓”。

2015年6月12日傍晚6時許,河北承德高新技術開發區出現海市蜃樓,時長達20分鐘。這一幕正好被 承德 市民李冰杰先生拍攝下來。

2015年10月, 武寧縣 海市蜃樓的組圖被網友們瘋轉。照片中,在延綿的山脈上方出現兩棟高樓大廈,仿佛屹立在云端,令人驚嘆。幾棟樓房一直持續了將近半個小時,直到天色逐漸變暗后消失。

2021年5月4日,新疆鄯善庫木塔格沙漠出現海市蜃樓景象,沙漠至 火焰山 余脈之間,景象隨時間推移不斷變化,據悉,該沙漠近日已多次出現海市蜃樓現象。

2021年6月28日早上7點左右,在北京理工大學珠海學院教師公寓二期南面天空出現了奇幻海市蜃樓景象,云層中隱約可見建筑群。

引用来源

中文名
海市蜃樓
外文名
Mirage
別名
拼音
hǎi shì shèn lóu
釋義
是一種因為光的折射和全反射而形成的自然現象
電子產品類別
自然,地理
特點
會在同一地點重復出現
成因
光的折射,反射
出現地點
沙漠,海洋