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海市蜃楼究竟是什么？平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方,偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景,称海市蜃楼 。我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景,古人归因于蚊龙之属的屋,吐气而成楼台城廓,海市蜃楼因而得名 。
为什么会产生这种现象呢?要解答这个问题,得先从光的折射谈起 。
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 。
空气本身并不是一个均匀的介质,在一般情况下,它的密度是随高度的增大而递减的,高度越高,密度越小 。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时出现反常,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,海市蜃楼出现的形式也不同 。
在夏季,白昼海水温度比较低,特别是有冷水流经过的海面,水温更低,下层空气受水温影响,较上层空气为冷,出现下冷上暖的反常现象(正常情况是下暖上凉,平均每升高100米,气温降低0.6℃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,所以做上现蜃景 。
我国游海中有个庙岛群岛,在夏季,白昼海水温度较低,空气密度会出现显著的下密上稀的差异,在渤海南岸的蓬菜县(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,城蝶人物,车马冠盖,历历可睹 。”
这就是他在蓬菜所看到的上现蜃景 。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小时的上现屋景 。
不但夏季在海面上可以看到上现蜃景,在江面有时也可看到例如1934年8月2日在南通附近的江面上就出现过 。那天酷日空,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,全部匾景长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 。
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