海市蜃楼

大气中的一种光学现象。为出现在空中、海面或地面附近及地平线下的比较少见的奇异幻景,在气象学中称为蜃景。

成因

在正常状态下,大气层中的空气密度随高度而递减。因此,光线通过这种密度不同的大气层时,便产生连续的折射而渐次弯曲。如果空气的温度在铅直方向出现上热下冷的逆温状态,这种稳定的空气层结,便使光线弯曲的现象尤为突出。一般说来,光线在自下而上行进的过程中,随着空气的密度不断减小,折射线远离法线,以致平行于折射面,甚至返回原入射线所在的空气层中而出现全反射现象,使得本来看不见的远处景物,通过连续不断地折射和全反射,最后送到观察者的视野中。观察者沿射来的光线的切线方向看去,远处景物便被抬高或放大,这种呈现在上空的海市蜃楼景象,称为上现蜃景(图1)。早晨(傍晚)真正的日月还未上升(已经降落)到地平线上(下)以前(后),观察者就(还)可以看到日月的形象,这种日月出没时的抬高现象就是上现蜃景,只不过人们对这种现象习以为常而已。

图 类型

(1)上现蜃景(正像)。多见于中、高纬度的海面或雪原,特别是在两极区域,当暖空气流到冷的海面或雪原上时,大气温度的铅直分布呈稳定的逆温层结,这时远处的冰山、岛屿、城廓或船只便呈现在上空,都成正像。中国山东蓬莱(古属登州)常见这种蜃景。《梦溪笔谈》中有:“登州海中,时有云气,为宫室、台观、城楼、人物、车马、冠盖,历历可见,谓之海市。”可见人们很早就知道这种空中幻景。正如蓬莱阁石刻碑文所说:“欲从海市觅仙踪,令人可望不可攀。”在法国,1869年的一个月夜,整个巴黎的建筑物和街道以及行人车马,都显现在上空,成为巴黎人人称道的一幅壮丽惊人的图画。

(2)下现蜃景(倒像)。在沙漠或草原地区,由于正午或午后气温下热上冷的现象极为突出,以至局部地区在短时间内出现空气密度随高度而递增的反常现象。这时空气的层结极不稳定,其折射和全反射作用所产生的海市蜃楼为上现蜃景的镜像,称为下现蜃景(倒像)。由于空气的层结不稳定,以及近地气层的湍流作用,这种倒像出现的时间不长,且常常闪动,从远处观察,好像沙漠绿洲中的水下倒影(图2)。

图

然而沙漠或草原地区,不仅出现下现蜃景,而且在黎明之前,由于下垫面的辐射冷却作用,沙漠或草原的温度低于近地面的气温,故空气层结稳定,也能形成上现蜃景。两千年前,在非洲旅行的人,曾经记载过野兽等巨大的动物在空中奔驰或缓慢行走的生动形象。

在海洋上不仅可以产生上现蜃景,而且在低纬度和赤道海面也可以形成下现蜃景。当冷空气流经这些海域时,近海面大气的层结不稳定,使得远处的岛屿、船只或景物,在海面以下呈现出晃晃摇动的倒像,这是海洋上的下现蜃景。

在现代宽阔笔直的高速公路上,由于路面和近地层空气间形成不同的铅直温度层结,公路上奔驰的汽车形象,既可能呈现出上现蜃景(黎明之前),也可能呈现出下现蜃景(正午或午后)。但这都是显现在路面附近的蜃景。

(3)侧向蜃景。如果在水平方向出现气温不均匀的现象,导致空气密度在水平方向的不均匀分布,也可以在水平方向显现出蜃景,称为侧向蜃景。瑞士日内瓦湖南部,处在群山环抱之中,上午太阳照射到湖的北部,使北部的温度升高,而南部气温还很低,导致湖上空气的密度,自北向南逐渐降低,从而在湖面上出现侧向蜃景。由于空气的这种水平密度分布,未必是均匀一致的,因此,本来是一只游船在湖中荡漾,可以变成好几只游艇结队而行的幻景。

(4)复杂蜃景。低层空气由于温度梯度的不同分布和变化,加上湍流的作用,常常使得在海面或地面附近显现出来的蜃景,由于其形状和强度的瞬时变化,而有伸长、缩短、歪曲或闪烁等现象,甚至出现扑朔迷离难以捉摸的不定形的蜃景,称为复杂蜃景。这曾经是意大利西西里岛墨西拿海峡出现的蜃景的专有名称。

参考书目
  1. 王彬华著:《海洋气象》,山东科技出版社,济南,1979。

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