大氣光現(xiàn)象與天氣諺語

　　天氣諺語是以成語或歌謠形式在民間流傳的能夠預(yù)示未來天氣變化的經(jīng)驗(yàn)辭語，它因果關(guān)系明確、語句簡煉，是中國民間所特有的一筆寶貴文化財(cái)富。許多天氣諺語與大氣中的光現(xiàn)象密切相關(guān)，蘊(yùn)藏了豐富的物理道理。在大力倡導(dǎo)素質(zhì)教育的今天，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理知識分析天氣諺語是一種有益的嘗試。

　　一、大氣中的光現(xiàn)象

　　大氣是由空氣分子和水滴、冰晶及其它各種氣溶膠粒子組成的，它們都會(huì)與光波發(fā)生相互作用。由于大氣的不均勻性，以及大氣總處于不停頓的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)之中，它對光的折射、衍射、散射和吸收作用是復(fù)雜多變的，從而形成了多種多樣、絢麗多彩的大氣光現(xiàn)象。肉眼所能直接感覺到的大氣光現(xiàn)象可以分為三類：

　　1、大氣中光的散射現(xiàn)象

　　當(dāng)我們避開太陽朝天空張望時(shí)，看到的是蔚藍(lán)的天空，這就是說，在那個(gè)方向的天空有光線射入我們的眼簾，從太陽發(fā)射過來的光線，在天空的某個(gè)地方改變了方向，不然的話，我們所能看到的一切，就只不過是星際空間的黑暗，或者是來自某個(gè)遙遠(yuǎn)星辰的亮光。原來，當(dāng)光線穿過地球周圍的大氣時(shí)，它遇到大氣分子或氣溶膠粒子等時(shí)，便會(huì)與它們發(fā)生相互作用，重新向四面八方發(fā)射出頻率與入射光的相同，但強(qiáng)度較弱的光(稱子波)，這種現(xiàn)象稱光散射。在清潔大氣中，起主要散射作用的是大氣氣體分子，發(fā)生分子散射（或稱瑞利散射）。散射光分布均勻且對稱，散射光強(qiáng)度與人射波長4次方成反比，所以在發(fā)生大氣分子散射的日光中，紫、藍(lán)和青色光比綠、黃、橙和紅色光為強(qiáng)，最后綜合效果使天穹呈現(xiàn)藍(lán)色。但當(dāng)大氣十分渾濁、大氣中懸浮粒子大量增加時(shí)，起主要作用是散射光的強(qiáng)度分布不對稱的米氏散射。米氏散射與入射波長依賴關(guān)系不明顯，因此天穹呈現(xiàn)青灰色，在天邊甚至出現(xiàn)不透明的灰白色。曙暮光是大氣散射的另一現(xiàn)象，當(dāng)太陽在地平面以下時(shí)，太陽光無法直接到達(dá)地面，但是它能照亮地面以上的大氣層，使天空明亮。曙暮光指的就是黎明和黃昏這段時(shí)間的光亮。

　　2、大氣中光的折射現(xiàn)象

　　當(dāng)光在大氣中傳播時(shí)，大氣可以被看作是一種連續(xù)介質(zhì)。大氣折射率的大小取決于大氣的溫度、壓強(qiáng)和大氣中水汽分子密度。一般情況下，地球上空氣的密度隨高度變化，折射率隨密度減小而減小，因此光在大氣中傳播時(shí)，通過一層層密度不同的大氣，在各層的分界面處會(huì)發(fā)生折射，使光線不沿直線傳播而是變彎曲。這樣當(dāng)我們觀察太陽、月亮或其它星體時(shí)，從大氣外層射入的光線在進(jìn)入大氣層后的軌跡是一條彎向地面的弧線。然而就人的主觀感覺來講，總認(rèn)為光線是沿直線傳播的，所以天體的真實(shí)方向與視方向之間存在一定的夾角（稱為蒙氣差）。也正是由于大氣的折射，日出時(shí)，在太陽未達(dá)到地平線之前，我們已經(jīng)可以看到太陽了；而在日落時(shí)，太陽剛剛落到地平線以下時(shí)，我們還能看到它。

　　由于大氣中，氣壓、溫度、濕度的分布很不均勻且不斷變化，因此大氣折射率的分布和變化實(shí)際相當(dāng)復(fù)雜，因此會(huì)形成多種多樣的折射現(xiàn)象。如當(dāng)大氣中溫度的垂直分布出現(xiàn)異常時(shí)，就會(huì)引起空氣密度垂直變化異常因而產(chǎn)生異常折射，來自遠(yuǎn)處目標(biāo)物的光線可能在另一高度發(fā)生全反射，這樣除能看到本身實(shí)物外，還可以看到它的反射像，這就是我們通常稱為的'“海市蜃樓”。

　　 3、云霧中的光現(xiàn)象

　　云霧中存在大量懸浮的水滴和冰晶。光線通過云霧時(shí)，不同大小的水滴對光的傳播會(huì)產(chǎn)生不同的影響，光線會(huì)在大水滴表面發(fā)生折射與反射現(xiàn)象，對于一定大小的小水滴會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，對于與光波長接近的微小水滴，則會(huì)發(fā)生散射。因而，伴隨著云霧降水的發(fā)展，就形成了許多種光學(xué)現(xiàn)象，最常見的有虹、華和暈。

　　虹是由于太陽光線在大氣水滴表面的折射與反射產(chǎn)生的。光線照射到雨滴后，在雨滴表面會(huì)發(fā)生折射，各種顏色的光發(fā)生偏離，其中紫色光的折射程度最大，紅色光的折射最小，其它各色光則介乎于兩者之間，折射光線再經(jīng)過一次反射、一次折射到我們的眼里。由于空氣懸浮的雨滴很多，所以當(dāng)我們仰望天空時(shí)，同一弧線上的雨滴所折射出的不同顏色的光線角度相同，于是我們就看到了內(nèi)紫外紅的彩色光帶，即彩虹。若光線在雨點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生二次內(nèi)反射后再通過折射到我們眼簾時(shí)，光弧色帶就與虹正好相反，稱為副虹或霓。

　　云中分布著大量的微小水滴或冰晶，當(dāng)其直徑僅比光波波長大幾倍到十幾倍時(shí)，入射的日、月光在云中會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，在日、月周圍可以看到小的彩色光環(huán)，這種現(xiàn)象稱為華(或冕)。因?yàn)檠苌洮F(xiàn)象中各種顏色光受到的影響程度不同，因而光環(huán)為彩色，內(nèi)環(huán)呈青藍(lán)色（紫色不太顯著），其外呈黃色為主，最外呈紅色，并且水滴愈小華環(huán)愈大。由于日光太亮，一般不易觀察到日華，月華則比較常見。

　　若天空中有卷層云，陽光或月光透過云中的冰晶時(shí)發(fā)生折射和反射，便會(huì)在太陽或月亮周圍產(chǎn)生彩色光環(huán)，這種七色彩環(huán)稱為日暈或月暈，統(tǒng)稱為暈。暈的色序與虹相反，內(nèi)側(cè)呈淡紅色，外側(cè)為紫色。暈的種類很多，有的呈環(huán)形，稱之為“圓暈”；有的呈弧形，稱之為“珥”；還有的呈光斑形，稱為“幻日”或“假日”。

　　二、相關(guān)天氣諺語的分析

　　大氣中的不同光現(xiàn)象反映了大氣中不同的狀態(tài)分布和大氣的微物理結(jié)構(gòu)。很多大氣光現(xiàn)象與天氣過程有聯(lián)系，可作為未來天氣的征兆，據(jù)此勞動(dòng)人民在長期實(shí)踐中總結(jié)和歸納出了許多天氣諺語。

　　1、與大氣中光的散射現(xiàn)象有關(guān)的諺語

　　在黃昏和黎明時(shí)，陽光斜穿過大氣層，在低層大氣中有很長的光程，并經(jīng)大氣中空氣分子、水汽、塵埃微粒的散射和吸收才能到達(dá)人的眼睛， 在天邊有時(shí)會(huì)出現(xiàn)五彩繽紛的霞。一般來講，在日出日落方向上，從地面向天頂，霞的色彩排列是接近地面為紅色，漸次變?yōu)槌�、黃、綠、蘭各種顏色。當(dāng)大氣中濕度較大時(shí)，或在系統(tǒng)性云系移近時(shí)，空中會(huì)懸浮著很多較大的水滴，這些不同大小的水滴對各種顏色光有不同的散射作用。大氣中水汽含量越多，霞的色彩就越鮮艷。我國大部分地區(qū)降雨天氣主要來自兩個(gè)方向：一是受西風(fēng)帶影響，系統(tǒng)性天氣過程自西向東移動(dòng)，形成系統(tǒng)性降水天氣。另一個(gè)是受空氣對流影響形成對流性降水過程，隨著日照加強(qiáng)而空氣對流增強(qiáng)，往往在中午前后形成局部降雨。夏季早上，低空空氣穩(wěn)定，很少塵埃，如果當(dāng)時(shí)有鮮艷的紅霞，稱為早霞。這表示東方低空含有許多水滴，有云層存在，隨著太陽升高，熱力對流逐漸向平地發(fā)展，云層也會(huì)漸密，壞天氣將逐漸逼近，預(yù)示天氣將要轉(zhuǎn)向陰雨；而傍晚，是一天中溫度相對較高的時(shí)候，低空大氣中水分一般不會(huì)很多，但塵埃因?qū)α髯內(nèi)醵�可能大量集中到低層。因此，如果出現(xiàn)鮮艷的晚霞，主要是由塵埃等干粒子對陽光散射所致，說明我們西邊的上游地區(qū)天氣已經(jīng)轉(zhuǎn)晴或云層已經(jīng)裂開，按照氣流由西向東移動(dòng)的規(guī)律，未來本地的天氣就要轉(zhuǎn)晴。因此諺云：“朝霞不出門，暮霞走千里”,也才有了“日出一點(diǎn)紅，不雨便是風(fēng)”、“日落晴彩，久晴可待”、“早燒不出門，晚燒行千里”等諺語。

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