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什么是海市蜃楼

来源:学生作业帮 编辑:大师作文网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/11/12 00:00:15
什么是海市蜃楼
什么是海市蜃楼
平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方,偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景,称海市蜃楼.我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景,古人归因于蛟龙之属的蜃,吐气而成楼台城廓,因而得名. 蜃景常在海上、沙漠中产生.海市蜃楼是光线在延直线方向密度不同的气层中,经过折射造成的结果.蜃景的种类很多,根据它出现的位置相对于原物的方位,可以分为上蜃、下蜃和侧蜃;根据它与原物的对称关系,可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃;根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等等.
特点
蜃景有两个特点:一是在同一地点重复出现,比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景;二是出现的时间一致,比如我国蓬莱的蜃景大多出现在每年的5、6月份,俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现,而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现.
本质
自古以来,蜃景就为世人所关注.在西方神话中,蜃景被描绘成魔鬼的化身,是死亡和不幸的凶兆.我国古代则把蜃景看成是仙境,秦始皇、汉武帝曾率人前往蓬莱寻访仙境,还屡次派人去蓬莱寻求灵丹妙药.现代科学已经对大多数蜃景作出了正确解释,认为蜃景是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像,所谓蜃景就是光学幻景.
形成条件
蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系.气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件. 就拿夏蜃的形成来说吧.夏季沙漠中烈日当头,沙土被晒得灼热,因沙土的比热小,温度上升极快,沙土附近的下层空气温度上升得很高,而上层空气的温度仍然很低,这样就形成了气温的反常分布,由于热胀冷缩,接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大,这样空气的折射率是下层小而上层大.当远处较高物体反射出来的光,从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射,其入射角逐渐增大,增大到等于临界角时发生全反射,这时,人要是逆着反射光线看去,就会看到下蜃. 柏油马路因路面颜色深,夏天在灼热阳光下吸收能力强,同样会在路面上空形成上层的空气冷、密度大,而下层空气热、密度小的分布特征,所以也会形成下蜃.
发生在沙漠里的“海市蜃楼”,就是太阳光遇到了不同密度的空气而出现的折射现象.沙漠里,白天沙石受太阳炙烤,沙层表面的气温迅速升高.由于空气传热性能差,在无风时,沙漠上空的垂直气温差异非常显著,下热上冷,上层空气密度高,下层空气密度低.当太阳光从密度高的空气层进入密度低的空气层时,光的速度发生了改变,经过光的折射,便将远处的绿洲呈现在人们眼前了.在海面或江面上,有时也会出现这种“海市蜃楼”的现象. 海市蜃楼是一种光学幻景,是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像. 海市蜃楼简称蜃景,根据物理学原理,海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度,而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率.也就是因海面上暖空气与高空中冷空气之间的密度不同,对光线折射而产生的.蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系.气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件.
形成原因
在平静无风的海面航行或在海边了望,往往会看到空中映现出远方船舶、岛屿或城廓楼台的影像;在沙漠旅行的人有时也会突然发现,在遥远的沙漠里有一片湖水,湖畔树影摇曳,令人向往.可是当大风一起,这些景象突然消逝了.原来这是一种幻景,通称海市蜃楼,或简称蜃景. 海市蜃楼示意图
为什么会产生这种现象呢?要解答这个问题,得先从光的折射谈起. 当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候,光的速度不变,它以直线的方向前进,可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时,光的速度就会发生改变,进行的方向也发生曲折,这种现象叫做折射.当你用一根直杆倾斜地插入水中时,可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好象折断的一般,这就是光线折射所成的,有人曾利用装置,使光线从水里投射到水和空气的交界面上,就可以看到光线在这个交界面上分两部分:一部分反射到水里,一部分折射到空气中去.如果转动水中的那面镜子,使投向交界面的光线更倾斜一些,那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些.当投向交界面的光线如左下图所示的情况时,光线就全部反射到水里,再没有折射到空气中去的光线了.这样的现象叫做全反射. 空气本身并不是一个均匀的介质,在一般情况下,它的密度是随高度的增大而递减的,高度越高,密度越小.当光线穿过不同高度的空气层时,总会引起一些折射,但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了,所以不觉得有什么异样. 在夏季,白昼海水湿度比较低,特别是有冷水流经过的海面,水温更低,下层空气受水温更低,下层空气受水温影响,较上层空气为冷,出现下冷上暖的反常现象(正常情况是下暖上凉,平均每升高100米,气温降低0.6℃ 左右).下层空气本来就因气压较高,密度较大,现在再加上气温又较上层为低,密度就显得特别大,因此空气层下密上稀的差别异常显著. 假使在我们的东方地平线下有一艘轮船,一般情况下是看不到它的.如果由于这时空气下密上稀的差异太大了,来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层,并在上层发生全反射,又折回到下层密的气层中来;经过这样弯曲的线路,最后投入我们的眼中,我们就能看到它的像.由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的,因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多,所以叫做上现蜃景. 我国渤海中有个庙岛群岛,在夏季,白昼海水温度较低,空气密度会出现显著地下密上稀的差异,在渤海南岸的蓬莱县(古时又叫登州),常可看到庙岛群岛的幻影.宋朝时候的沈括,在他的名蓍《梦溪笔谈》里就有这样的记载: “登州海中时有云气,如宫室台观,城堞人物,车马冠盖,历历可睹.”这就是他在蓬莱所看到的上现蜃景. 公元1624年7月6日(明天启四年五月二十一日),登州海面上发生了历时七个多小时的海市蜃楼,当时即将离任的登莱巡抚袁可立目睹了整个过程,心情十分激动,一首《海市诗》详实地将当时的盛况记录下来,文辞优美,可以让没有见过海市的人,产生身临其境的感觉,再加上董其昌的书法,成为东海上的不朽之作.1933年5月22日上午11点多钟,青岛前海(胶州湾外口)竹岔岛上也曾发现过上现蜃景,一时轰传全市,很多人前往观看.1975年在广东省附近的海面上,曾出现一次延续6小时的上现蜃景. 不但夏季在海面上可以看到上现蜃景,在江面有时也可看到,例如1934年8月2日在南通附近的江面上就出现过.那天酷日当空,天气特别热,午后,突然发现长江上空映现出楼台城廓和树木房屋,全部蜃景长20多里.约半小时后,向东移动,突然消逝.后又出现三山,高耸入云,中间一山,很象香炉;又隔了半小时,才全部消失. 在沙漠里,白天沙石被太阳晒得灼热,接近沙层的气温升高极快.由于空气不善于传热,所以在无风的时候,空气上下层间的热量交换极小,遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著,并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象.在这种情况下,如果前方有一棵树,它生长在比较湿润的一块地方,这时由树梢倾斜向下投射的光线,因为是由密度大的空气层进入密度小的空气层,会发生折射.折射光线到了贴近地面热而稀的空气层时,就发生全反射,光线又由近地面密度小的气层反射回到上面较密的气层中来.这样,经过一条向下向下凹陷的弯曲光线,把树的影像送到人的眼中,就出现了一棵树的倒影. 由于倒影位于实物的下面,所以又叫下现蜃景.这种倒影很容易给予人们以水边树影的幻觉,以为远处一定是一个湖.凡是曾在沙漠旅行过的人,大都有类似的经历.拍摄影片《登上希夏邦马峰》的一位摄影师,行走在一片广阔的干枯草原上时,也曾看见这样一个下现蜃景,他朝蜃景的方向跑去,想汲水煮饭.等他跑到那里一看,什么水源也没有,才发现是上了蜃景的当.这是因为干枯的草和沙子一样,可以被烈日晒得热浪滚滚,使空气层的密度从下至上逐渐增大,因而产生下现蜃景. 无论哪一种海市蜃楼,只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现.当大风一起,引起了上下层空气的搅动混合,上下层空气密度的差异减小了,光线没有什么异常折射和全反射,那么所有的幻景就立刻消逝了. 总而言之,这是一种十分有趣的折射现象.
观赏佳地
资料显示,长岛是中国海市蜃楼出现最频繁的地域,特别是七八月间的雨后. 长岛,历称庙岛群岛,又称长山列岛,由32个岛屿组成,岛陆面积56平方公里,海域面积8700平方公里,海岸线长146公里,是山东省唯一的海岛县,隶属烟台市.全县辖2镇8乡,4.5万人口.县城坐落于南长山岛. 长岛属亚洲东部季风区大陆性气候,具有冬暖夏凉的特点,年平均气温11.9℃,无霜期243天.全县森林覆盖率53.2%,独特的理位置和优越的自然条件,使之成为候鸟迁徙的必经之地,每年途经的候鸟有200余种,百万只之多,享有候鸟“驿站”的美誉,被列为国家级自然保护区. 长岛在中国版图上称为庙岛群岛(古称沙门岛),简称长岛,位于山东半岛与辽东半岛之间,黄海、渤海交会处,是山东省唯一的海岛县,共由32个岛屿组成,总面积56平方公里.海岸线总长146公里,常住人口4.5万.
长岛是中国的四海福地,拥有“妈祖护海”、“八仙过海”、“张羽煮海”、“精卫填海”四大神话及民间传说人物.到长岛可以吃百种海鲜、住渔家炕头、游岛岸风光、购称心特产、娱民俗风情.长岛的山有“武陵十里画廊之美”,长岛的海有“漓江两岸风光之俊秀”.“东海赐福水沃鱼肥,南海纳祥山秀果乡”,而“黄海起号银帆追日,渤海落霞渔舟唱晚”更是仙镜渔家人最质朴、最豪放、最真实、最生动的生活写照. 长岛是中国的四海福地,拥有“有中国鲍鱼、扇贝、海带之乡”的美誉.长岛是中国的夏威夷,有“国家级自然保护区、国家级风景名胜区、国家森林公园,省级海豹自然保护区和省级地质公园”的称号.长岛是一片原始的、自然的、未经劳动加工的、得天独厚的旅游处女地.这里一岛有一岛之奇,一景有一景之丽,因海蚀地貌形成的各种奇礁异石,古朴清幽,玲珑剔透. 2003年长岛旅游局打造了“海上仙山”、“小康渔家”、“渔家海上游”,并注重经营这个品牌,整和了旅游资源,营造了一个绿色、安全、健康的旅游目的地,尤其纳福迎祥的妈祖石成为我们海岛人民俗文化中的一朵瑰丽的奇葩. 海上仙山 在烟波浩渺的大海上,镶嵌着一群宝石般苍翠如黛的岛屿,这就是被世人誉为“海上仙山”的美丽群岛——庙岛群岛,亦称长岛,长岛扼踞辽东半岛与山东半岛之间的渤海海峡,与古城登州(蓬莱)隔海相望.据《史记》记载,秦皇汉武都不辞跋涉,停步歇马于蓬莱丹崖山畔,望海中仙山,乞求长生.这仙山指的便是长岛,唐诗曾云:“忽闻海上有仙山,山在虚无缥渺间.”,宋朝的大文学家苏东坡当年曾眺望长山诸岛不由赞叹道:“真神仙所宅也!”《西游记》、《镜花缘》等神话小说更把这里描绘成一个虚幻缥渺,超脱凡尘的世外桃源. 自然界中的蜃景 汽车在高速公路上奔跑,白花花的太阳光炙烤着路面,只听见风的呼啸和马达的轰鸣,思维似乎停止了.突然,前方不远处浮现出一滩水,正在前方行驶的汽车也在水中映出一个清晰的倒影.但随着汽车的行驶,那滩水始终在前方,最后慢慢的消失.这是在高速公路上经常可以看到的现象. 一直流传着这样一个故事.从前,有一个骆驼队在炎气熏人的沙漠中踌躇前进.酷暑和干燥的天气使得旅行者疲乏不堪,皮袋中的水已经喝完了,嘴唇干得发裂,这时他们多么想能喝到一口清凉的水啊!突然,在遥远的前方沙漠间,出现了一个湖,湖的两岸高耸着宫殿和寺院,给他们带来了莫大的希望和清凉的预感,于是快速朝前奔去.走过一个沙丘又一个沙丘,但湖泊、宫殿和寺院仍在遥远的地方,忽暗忽亮,忽隐忽现.过了一会儿,突然湖水、宫殿、寺院全部消失得无影无踪了. 在平静无风的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等处偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景,我们称这种现象为海市蜃楼.我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景.在我国古代传说中,认为蜃乃蛟龙之属,能吐气而成楼台城廓,又说海市是海上神仙的住所,它位在“虚无飘渺间”,因而得此名.宋朝沈括在《梦溪笔谈》中这样写道:“登州海中时有云气,为宫室台观,城堞人物,车马冠盖,历历可睹.” 为了说明这种现象,我们来做一个“海市蜃楼”的实验: 在一间不通风的屋子里,把一块长1.5米宽20厘米的平滑铁片横放在几根用铁管(或用木棍代替)做成的小柱子上,在铁片上撒上薄薄一层沙,做成沙漠型的表面.用深色的纸剪成树和骆驼,贴在一块毛玻璃(乳白色玻璃)上,把玻璃板放在铁片的一端,和铁片垂直,使树和骆驼露在沙层上面.在玻璃板后下方,用一只手电筒向上照射,在铁片的另一端看去,好像树木和骆驼后面衬托着明亮天空一样.然后,用小的煤球炉三只,放在铁片下面来加热(或用一只长型的炭盆,有条件时用长型的电炉加热最为理想).加热时,要注意铁片各处加热要均匀,特别是靠近毛玻璃一端三分之二的地方. 这样,当加热一定时间以后,用手靠近沙面,感到很热时,开始沿薄铁片往毛玻璃方向观察.你就能发现沙面下方出现树木和骆驼的倒影,好象树木和骆驼旁边有湖水时所形成的倒影一样.这种现象就是“海市蜃楼”. 在炎热的夏天,有时在柏油马路上也能看到房屋、树木的倒影.这实质上也是一种“蜃景”现象. 自然界中的海市蜃楼又是怎样形成的? 海市蜃楼是一种反常的折射现象,它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播,经过折射造成的结果.常分为上现、下现和侧现海市蜃楼. 凡是物体的映像或幻景看上去好象从天空某一空气层反射而来的,则称为上现蜃景.上现蜃景常出现在海上,和北方有冰雪覆盖的地方.这是因为海水表面蒸发时要消耗热量同时海水温度的升高缓慢,而在冰雪覆盖的地区由于冰雪面能将大部分太阳光反射掉同时冰雪融化时也要消耗大量热量,致使下层的温度变得很低,因此在这些地方最容易出现强烈的逆温现象.如果近地面层是强逆温时,空气密度会随高度迅速减小,光线在这种气温随高度升高因而使空气密度随高度锐减的气层中传播,会向下屈折,远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘,便出现了上现蜃景. 凡是物体的映像或幻景看上去好象由地面反射而来的,则称为下现蜃景.下现蜃景大都出现在热季的沙漠上或冬季暖洋流的海上.在晴朗少云平静无风的天气里,阳光照射在干燥的沙土上,沙土的比热小,土温上升极快,这里几乎没有水分蒸发,土壤分子传热又极慢,热量集中在表层,所以接近土壤层的空气温度也上升的很快,但上层空气却仍然很凉.当近地层是强烈降温层时,气温随高度很快降低,空气密度随高度很快增加,而光线在气温随高度而降低的气层内传播时会向上屈折,远方地平线处的景物的光线,经折射后直入观测者眼帘,便出现了下现蜃景.