蜃景和海市蜃樓，是大氣光學現象。光線經過不同密度的空氣層後發生顯著折射，使遠處景物顯示在半空中或地面上的奇異幻景，常發生在海上或沙漠地區。古時傳說這種幻景是海里的蜃吐氣而成的，故而得名。在平靜無風的海面、湖面或沙漠上，有時眼前會突然聳立起亭台樓閣、城郭古堡，或者其他物體的幻影，虛無縹緲，變幻莫測，宛如仙境，這就是海市蜃樓，簡稱蜃景。
基本介紹
- 中文名：蜃景和海市蜃樓
- 現象：大氣光學現象
- 發生地區：海上或沙漠地區
- 兩個特點：同一地點重複出現；出現時間一定
- 氣象條件：氣溫的反常分布
分布及特點,類別,蜃景成因,原理和辨別方法,原理,辨別方法,模擬實驗,
分布及特點
蜃景與地理位置、地球物理條件以及那些地方在特定時間的氣象特點有密切聯繫。氣溫的反常分布是大多數蜃景形成的氣象條件。蜃景有兩個特點：一是在同一地點重複出現，比如美國的阿拉斯加上空經常會出現蜃景；二是出現的時間一定，比如我國蓬萊的蜃景大多出現在每年的5、6月份，俄羅斯齊姆連斯克附近蜃景往往是在春天出現，而美國阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以後的20天內出現。
類別
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。
凡是物體的映像或幻景看上去好像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於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帘，便出現了上現蜃景。
凡是物體的映像或幻景看上去好像由地面反射而來的，則稱為下現蜃景。下現蜃景大都出現熱季的沙漠上或冬季暖洋流的海上。在晴朗少雲平靜無風的天氣里，陽光照射在乾燥的沙土上，沙土的比熱小，土溫上升極快，這裡幾乎沒有水分蒸發，土壤分子傳熱又極慢，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曲折，遠方地平線處的景物的光線，經折射後直入觀測者眼帘，便出現了下現蜃景。
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。
總而言之，海市蜃樓是一種十分有趣的折射和反射現象。
論述
在夏季，白晝海水溫度比較低，特別是有冷水流經過的海面，水溫更低，下層空氣受水溫更低，下層空氣受水溫影響，比上層空氣更冷，所以出現下冷上暖的反常現象(正常情況是下暖上涼，平均每升高100米，氣溫降低0.6℃ 左右)。下層空氣本來就因氣壓較高，密度較大，再加上氣溫又較上層更低，密度就顯得特別大，因此空氣層下密上疏的差別異常顯著。
假使在我們的東方地平線下有一艘輪船，一般情況下是看不到它的。如果由於這時空氣下密上稀的差異太大了，來自船舶的光線先由密的氣層逐漸折射進入稀的氣層，並在上層發生全反射，又折回到下層密的氣層中來;經過這樣彎曲的線路，最後投入我們的眼中，我們就能看到它的像。由於人的視覺總是感到物像是來自直線方向的，因此我們所看到的輪船映像比實物是抬高了許多，所以叫做上現蜃景。
在沙漠裡，白天沙石被太陽曬得灼熱，接近沙層的氣溫升高極快。由於空氣不善於傳熱，所以在無風的時候，空氣上下層間的熱量交換極小，遂使下熱上冷的氣溫垂直差異非常顯著，並導致下層空氣密度反而比上層小的反常現象。在這種情況下，如果前方有一棵樹，它生長在比較濕潤的一塊地方，這時由樹梢傾斜向下投射的光線，因為是由密度大的空氣層進入密度小的空氣層，會發生折射。
折射光線到了貼近地面熱而稀的空氣層時，就發生全反射，光線又由近地面密度小的氣層反射回到上面較密的氣層中來。這樣，經過一條向下向下凹陷的彎曲光線，把樹的影像送到人的眼中，就出現了一棵樹的倒影。由於倒影位於實物的下面，所以又叫下現蜃景。這種倒影很容易給予人們以水邊樹影的幻覺，以為遠處一定是一個湖。凡是曾在沙漠旅行過的人，大都有類似的經歷。
拍攝影片《登上希夏邦馬峰》的一位攝影師，行走在一片廣闊的乾枯草原上時，也曾看見這樣一個下現蜃景，他朝蜃景的方向跑去，想汲水煮飯。等他跑到那裡一看，什麼水源也沒有，才發現是上了蜃景的當。這是因為乾枯的草和沙子一樣，可以被烈日曬得熱浪滾滾，使空氣層的密度從下至上逐漸增大，因而產生下現蜃景。
無論哪一種海市蜃樓，只能在無風或風力極微弱的天氣條件下出現。當大風一起，引起了上下層空氣的攪動混合，上下層空氣密度的差異減小了，光線沒有什麼異常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。
蜃景成因
光在不均勻介質中的傳播
在折射率連續減小的不均勻介質中光的傳播不是沿直線而是沿曲線進行的，當光從介質的折射率較大的部分向折射率較小的部分傳播且發生全反射時，光的傳播將不以折線的形式而以圖1的曲線進行。
“上現蜃樓”（即海市蜃樓）的形成原因
夏天的傍晚在平靜無風的海面上，向遠方望去有時能看到山峰、船舶、樓台、亭閣、集市、廟宇等出現在遠方的空中，這就是“上現蜃樓”。因為夏天天氣炎熱，被暴曬了一天的空氣溫度很高而海水的溫度變化相對較小，那么從海面向上的一定高度內，海面附近的空氣溫度較低密度較大，而越向上氣溫越高空氣密度較小即較稀薄，故空氣的折射率就形成下層大而上層小的連續變化；遠處的山峰、船舶、樓台等發出的光線，從（折射率較大）密度大的空氣連續不斷地傳播到密度小的上層空氣。
由於不斷被折射而使光線越來越偏離法線，故進入到上層空氣的光線的入射角不斷增大，以至發生全反射而形成沿圖2示曲線傳播的光路；當反射光線進入人的眼睛時，人們逆著光線看去就感覺到遠方的山峰、船舶、樓台、樹木等景物懸在空中，這就是“上現蜃樓”。如人們比較熟悉的山東省煙臺市蓬萊縣的“蓬萊仙島”，很大程度上是看到海峽對岸大連市的局部影像。
“下現蜃樓”（即沙漠蜃景）的形成原因
由於人眼不能看到光線的曲折，而是按直線追溯射入眼中的光線射來的方向看到物體的，所以人看到這些光線好像是由他的前方射來的。於是人們就看到前方遠處物體的倒影或者感覺到前方的沙漠中，出現了一片蔚藍發光的湖面（由於被太陽曬熱的沙漠表面的空氣不斷地向上流動、晃動，也由於空氣在折射率的變化，故他還會感覺到這蔚藍的湖面晃動不止而真像波浪起伏那樣）。
但由於上面所形成的是遠處物體或藍色天空的倒立虛像，在沙漠中實際是沒有的；故人們看到前方的物體或水源但向前奔去卻總是可望而不可即。如圖3示這就是“下現蜃樓”形成光路。這種情況在城市裡也可看到，夏天烈日照耀在柏油路面上，坐在車內的人會發現前方被曬熱的路面顯得格外明亮光滑，似有一潭清水或被水淋過一樣，但實際上路面是非常乾燥的。
原理和辨別方法
原理
光的折射:光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變，從而使光線在不同介質的交界處發生偏折。理解:光的折射與光的反射一樣都是發生在兩種介質的交界處，只是反射光返回原介質中，而折射光線則進入到另一種介質中。由於光在在兩種不同的物質里傳播速度不同，故在兩種介質的交界處傳播方向發生變化，這就是光的折射。
辨別方法
海市蜃樓是一種光學現象。沙質或石質地表熱空氣上升，使得光線發生折射作用，於是就產生了海市蜃樓。海市蜃樓會發生在離海岸線大約6英里(9.6千米)的沙漠地區，會使1英里(1.6千米)以外或更遠的物體看起來似乎要移動。使陸地導航變得非常困難，因為在海市蜃樓環境中，天然特徵都變得模糊不清了。海市蜃樓會使一個人很難辨別遠處的物體，同時也會使遠處視野的輪廓變得模糊不清，你感覺好像被一片水包圍著，而那片區域高出來的部分看上去就像水中的"島嶼"。海市蜃樓還會使你識別目標、估計射程、發現人員等變得十分困難。不過，如果你到一個高一點的地方高出沙漠地面10英尺(3米左右)(3又 1/3米)，你就可以避開貼近地表的熱空氣，從而克服海市蜃樓幻境。總之，只要稍稍調整一下觀望的高度，海市蜃樓現象就會消失，或者它的外觀和高度會發生改變。
模擬實驗
在一間不通風的屋子裡，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，在鐵片上撒上薄薄一層沙，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(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。在玻璃板後下方，用一隻手電筒向上照射，在鐵片的另一端看去，好像樹木和駱駝後面襯托著明亮天空一樣。然後，用小的煤球爐三隻，放在鐵片下面來加熱(或用一隻長型的炭盆，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，當加熱一定時間以後，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，好像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。
