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        海市蜃樓與小試驗


          從前,有一個駱駝隊在炎氣熏人的沙漠中躊躇前進?崾詈透稍锏奶鞖馐沟寐眯姓咂7Σ豢,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!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。

          1957年7月,我國勘探隊在戈壁灘上也看到了這種奇跡。

          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,我們稱這種現象為海市蜃樓。我國山東蓬萊海面上常出現這種幻景。在我國古代傳說中,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!

          為了說明這種現象,假如有條件,我們不妨先做一個“海市蜃樓”的實驗:
          在一間不通風的屋里,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,在薄鐵片上撒播薄薄一層沙,做成沙漠型的表面。用深色的紙剪成樹和駱駝,貼在一塊毛玻璃上(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,好象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,好象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。

          那末,自然界中的海市蜃樓又是怎樣形成的?

          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。
        上現蜃景示意圖
          凡是物體的映像或幻景看上去好象從天空某一空氣層反射而來的,則稱為上現蜃景。上現蜃景常出現在海上,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。
        下現蜃景示意圖
          凡是物體的映像或幻景看上去好象由地面反射而來的,則稱為下現蜃景。下現蜃景大都出現在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,土壤分子傳熱由極慢,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。

        凍結湖面上空的蜃景,展現出懸崖景色的視倒影 下現蜃景,顯現出遠岸的視倒影

        下現蜃景示意圖

          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。

         

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