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日晕三更雨 月华午时风

发布时间:2013-05-28

  天之美不完全在于它的蓝,而是出于其变化多端,那就像李白 在《梦游天姥吟留别》中写的;“海客谈瀛洲,烟涛微茫信难求; 越人语天姥,云霓明灭或可睹。”瀛洲指海上仙境,与蓬莱及方丈 共称海上三神山;天姥则是浙江省新昌县东的一座山,都是天空多 变之处。

  实际上,天空中的彩绘还不只仅仅有云霓(同蛻〉,“晕”与 “华”也是非常漂亮的苍穹美景(见图9〉。简单地说,天弯上的各 种光象都是太阳光,也就是太阳射出之电磁波的可见部分,与空气 分子,气悬杂质,小水珠,或小冰晶交互作用的结果。光在此作用 中会发生散射,而散射则包括狭义的散射,以及折射,反射,绕射 等四种作用,每一种都会形成不同的光象。

  我们所看到的天空有碧空苍穹与云;若以组成分,云可概分为 由冰晶或冰晶与小水珠共伺组成的冷云,以及纯粹由小水珠组成的 暖云。太阳光穿碧空或白云而来时,遇上途中的空气分子,杂质, 水珠或冰晶时,就会形成上述四种现象。以下谨分别说明之。

  一、大气分子散射。这里的散射指狭义的散射,亦即符合雷莱 或米氏散射定理的大气散射。依米氏散射定理,光的散射强度是大 气分子直径。与光波波长1之比值。!X、的函数。当0:为常数且小 于义很多时,就与波长四次方成反比,是谓雷莱散射。据此,太阳 光在纯净大气中运行时,愈短的波散射愈强。在可见光中,紫光波 长最短,会有最强的散射,但人类的视网膜对它的反应较蓝光差,所以波长次短的蓝光散射看起来最强,致天空会呈现蓝色。

  二、气溶胶(亦即包括微尘在内的杂质〉散射。气溶胶粒子通 常较气体分子大^与X近似〉,此时雷莱散射定理不适用,而须用 米氏定理。依该定理,散射强度约与波长的二分之三方成反比。据 此,散射出的红光相对增多,加以蓝光在高空已被散射很多,所以 夕阳就变红了。谚曰:“朝霞雨,晚霞风。”前者在海上是水汽分子 的散射,后者则在西方大陆是微尘的散射。两者都是气溶胶粒子 (前者是水粒子,后者则为浮尘〉增多的象征。

  三、水珠散射.水珠直径大,光波遇到它们时的散射包括绕 射,人射时的折射,在人射面对面的反射,以及出射时的折射。绕 射会形成“华”,是月或阳光经过暖云(只有小水珠的云)时,光 线被绕射与反射的结果,它以日或月为中心呈“内蓝外红”的光 盘,前者为“日华”,后者为“月华”〔月华较明显所以常见〕。经 人射、折射,再在人射点对面产生反射,而后又由水珠内折射出来 的阳光则会形成虹;如有两次内反射,则形成色彩排列与虹相反的 副虹,也就是霓。

  四、冰晶的散射。光遇到冰晶时会因折射而形成围绕着光源的 “晕”。自然的晕是阳光经冷云中冰晶60。或90。棱角折射而成,因而 日晕多是在卷层云〔高度约6千米,由冰晶组成,如幕般的云)上 形成。通常卷云的出现代表低气压接近,后续会带来阴雨,而只有 水珠的云不会很高(在结冰高度以下、多发生于刮强风的地方。 有道是“日晕三更雨,月华午时风”,就是这个意思。

  如图9所示,六角冰晶结构上可形成60。、90。,及120。的“三 棱镜”,前两者分别造成以太阳为中心,角径22。与4『的晕(通常 前者叫晕,后者称大晕〕。两者颜色排列均与华相反,色调亦比较 不鲜艳。另外,华的光环小,角径通常在10度内。