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【地理视野】从地理角度解析几种不常见的光学天象

2019-12-25

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精心编选综合整理


五彩斑斓的光柱笼罩了城市,

这种奇景你见过吗?

11月28日20时许,有“中国冷极”之称的内蒙古自治区呼伦贝尔市根河市区出现罕见的“寒夜光柱”,光柱五彩斑斓,将小城笼罩在梦幻之中。


当地气象部门工作人员介绍,寒夜光柱是一种自然现象,通常在日落时分出现。


由于天气寒冷,空气中的水凝结成冰晶,冰晶捕捉到附近的光线,并像数以百万计的微型镜子一样,将光线折射回地面,从而形成冰柱现象。人眼看到其实是反射光柱的虚像,天气寒冷是其形成的条件之一,天气越冷光柱反射就越强烈。


据悉,光柱产生时当地最大相对湿度为78%,最低气温-26.9℃。寒冷的夜晚五彩斑斓的光柱如梦似幻,为银装素裹的北国风光增添了炫丽的色彩。


光学现象

在寒冷的冬季,有时人们会观察并记录到这样看起来仿佛垂直向上延伸的光柱(Light pillars),这并不是是有什么神秘力量在作祟,也不是真的有一个光源在垂直向上照射,这其实是一种与冰晶反射有关的大气光学现象。


造成光柱现象的一般是扁平的六角形冰晶,当它们漂浮在靠近地面的空气中,接近平行排列,并充当一个个“小镜子”对光线进行反射,结果就造成了光柱的样子。冰晶越大,现象会越明显。


一个示意图,空气中扁平六角形的冰晶反射光源的光线,然后被观察者看到,产生光柱的错觉。光源可以是太阳之类的自然光源,也可以是人造光源。


光柱的光源可以来自太阳(在接近日出和日落时可以出现),街灯之类的很多人造光源也一样可以形成光柱。来自城市灯光的光柱看起来会更加多彩。


虽然这些光柱看起来类似于极光,但它们却跟极光又存在着很大差别,我们知道极光现象与太阳风和地磁场有关,而光柱却与太空天气毫无瓜葛。科学家告诉我们,夜空中出现光柱现象跟人类灯光有着很大的关系,空气中大量的冰晶拦截了地面上灯光并将它们分散成彩色光柱,因此这是一种人类有关的现象。光柱现象必须具备两个条件,冰和光污染。因此该现象和阳光没有半点关系。


为什么光柱会反射五颜六色的光芒呢?针对该张图片中光柱出现的各种颜色,科学家作出了相应的解释:红色为来自加拿大岛屿Ile Parisienne周围风力涡轮机上的灯光,暖橙色为压钠灯,蓝白色为现代照明用的LED灯。


前段时间,很多城市上空惊现日晕。

日晕

日晕,又叫圆虹 ,一种大气光学现象,是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射而形成的。当光线射入卷层云中的冰晶后,经过两次折射,分散成不同方向的各色光。


有卷层云时,天空中会飘浮着无数冰晶,在太阳周围同一圈上的冰晶,都能将同一种颜色的光折射到人的眼睛里形成内红外紫的晕环,(实际并没有)天空中有冰晶组成的卷层云时,往往在太阳周围出现一个或两个以上以太阳为中心、内红外紫的彩色光环,有时还会出现很多彩色或白色的光点和光弧,这些光环、光点和光弧统称为冰晕。


观测方法

日晕半径的视角通常是22度和46度。人们通常可以肉眼观察到“日晕”现象,云层中冰晶含量越大,光环也就越显著,容易使人观察到;反之,则无法形成“日晕”, 或者即使形成也无法在地面上清楚地观察到这一现象。


形成条件

日晕是一种大气现象。它形成的原因是在5000米的高空中出现了由冰晶构成的卷层云,卷层云中的冰晶经过太阳照射后会发生折射和反射等物理变化,阳光便分解成了红、黄、绿、紫等多种颜色,这样太阳周围就出现一个巨大的彩色光环,称为晕。


相关谚语

日晕多出现在春夏季节,民间有“日晕三更雨,月晕午时风”的谚语,其意思就是若出现日晕的话,夜半三更将有雨,若出现月晕,则次日中午会刮风。日晕在一定程度上可以成为天气变化的一种前兆,出现日晕天气有可能转阴或下雨, 所以,出现日晕现象并不是坏的预兆,只是一种正常的天气变化。

日华

日华,是大气的一种光学现象。在天空出现的半透明薄云里面,有许多飘浮在空中的六角形柱状的冰晶体,偶尔它们会整整齐齐地垂直排列在空中。当太阳光射在这一根根六角形冰柱上,就会发生非常规律的折射现象。


月晕

晕,是一种自然界的光学现象。它是由于当太阳或月亮的光线透过高而薄的白云(卷云、卷层云或卷积云)时,受到冰晶折射而形成的彩色光圈,彩色排列顺序内红外紫。出现在月亮周围的光圈叫月晕。月晕出现在夜晚。


月晕是光透过高空卷层云时,受冰晶折射作用,使七色复合光被分散为内红外紫的光环或光弧,围绕在月亮周围产生光圈。谭老师地理工作室综合整理


晕可分为有“小晕”和“大晕”,“小晕”即22度晕,“大晕”即46度晕。小晕是以发光体为圆心,角半径为22度的一种内圈呈淡红色,外圈偶尔为紫色或白色的光环,光环内的天空明显较光环外的暗。而大晕则是角半径为46度的晕环,十分少见,一般比小晕暗。


抬头看天,在太阳和月亮的周围,有时会出现一种七彩光圈,里层是红色的,外层是紫色的。我们把这种光圈叫做晕,相反的就是华。古有“日晕三更雨,月晕午时风”的说法。不过呢,日晕和月晕常常产生在卷层云上,往往预示着天气系统正在移入或移出,所以,日晕、月晕的出现意味着天气将出现变化,但不一定是风雨到来。


幻日

在天空出现的半透明薄云里面有许多飘浮在空中的六角形柱状的冰晶体,偶尔它们会整整齐齐地垂直排列在空中。当太阳光照射在这一根根六角形冰柱上,就会发生非常规律的折射现象。


简而言之

幻日就是由空气中大量冰晶折射太阳光形成的。


日光是由七种色光组成的;由于不同色光的折射率不同(红光的波长最长,折射率最小,紫光的波长最短,折射率最大,这种折射率随波长变化的现象叫色散),被柱状或汽状的雨滴或冰片折射后,偏转的角度也不同,这样形成的内红外紫的彩色光环,叫晕。


"幻日"现象一般会出现在早晨或傍晚的时候。但一般不会出现在正午,因为正午太阳直射,不满足折射的条件。而且中午的太阳光线太强烈,往往晴空无云或者云量极少。即便有这种现象,肉眼也不可能观测到。


要观察到"幻日"现象需要满足非常严苛的条件。


首先要有卷层云,有云才会形成冰晶;其次云层要薄,透光率要好,这样才能把太阳光折射出来,进而观察得越清晰。


还有很重要的一点,就是太阳与冰晶以及观察者之间的角度要正好,稍微偏一点就看不到。         因此,"幻日"这种大气光学现象极为罕见。


"幻日"现象持续的时间一般不会太长,短则几分钟,长则几十分钟。因为空中的云移动较快,云一走,下一块云覆盖了出现"幻日"的地方,就看不到了。由于幻日是因为天空中规则的六角形冰晶体折射阳光造成的,需要稳定的大气层、适量的云、大量的水汽、冰晶形成角度等条件, 所以只有同时具备了风雪、薄云、和零下三十度以下气温的条件,才能出现这种阳光折射的大气层现象,而且,出现幻日的多少、暗明、大小随着高空小冰柱的分布情况而异。


幻日的种类很多,而且形态各异,颜色不同,重点就在于幻日都是“冒牌货”(假太阳)。


接下来这几张图片都是小编在家乡和高中拍的,这种”幻日”现象比较普遍,一般肉眼很难观察得到,都是拍完照才发现的。同时小编也亲身感受到了幻日变化之快。在拍摄韩江江景的时候,我为了追求完美,对同一个地方连续拍了两次,时间间隔极小,结果,先拍的那一张有幻日,后一张幻日便消失了,也许当时江边风较大,云的移动速度较快,幻日很快就被下一块云给覆盖了。





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