大氣光現象與天氣諺語

　　天氣諺語是以成語或歌謠形式在民間流傳的能夠預示未來天氣變化的經驗辭語，它因果關系明確、語句簡煉，是中國民間所特有的一筆寶貴文化財富。許多天氣諺語與大氣中的光現象密切相關，蘊藏了豐富的物理道理。在大力倡導素質教育的今天，引導學生運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，它們都會與光波發生相互作用。由于大氣的不均勻性，以及大氣總處于不停頓的復雜運動之中，它對光的折射、衍射、散射和吸收作用是復雜多變的，從而形成了多種多樣、絢麗多彩的大氣光現象。肉眼所能直接感覺到的大氣光現象可以分為三類：

　　1、大氣中光的散射現象

　　當我們避開太陽朝天空張望時，看到的是蔚藍的天空，這就是說，在那個方向的天空有光線射入我們的眼簾，從太陽發射過來的光線，在天空的某個地方改變了方向，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，或者是來自某個遙遠星辰的亮光。原來，當光線穿過地球周圍的大氣時，它遇到大氣分子或氣溶膠粒子等時，便會與它們發生相互作用，重新向四面八方發射出頻率與入射光的相同，但強度較弱的光(稱子波)，這種現象稱光散射。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，散射光強度與人射波長4次方成反比，所以在發生大氣分子散射的日光中，紫、藍和青色光比綠、黃、橙和紅色光為強，最后綜合效果使天穹呈現藍色。但當大氣十分渾濁、大氣中懸浮粒子大量增加時，起主要作用是散射光的強度分布不對稱的米氏散射。米氏散射與入射波長依賴關系不明顯，因此天穹呈現青灰色，在天邊甚至出現不透明的灰白色。曙暮光是大氣散射的另一現象，當太陽在地平面以下時，太陽光無法直接到達地面，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間的光亮。

　　2、大氣中光的折射現象

　　當光在大氣中傳播時，大氣可以被看作是一種連續介質。大氣折射率的大小取決于大氣的溫度、壓強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，通過一層層密度不同的大氣，在各層的分界面處會發生折射，使光線不沿直線傳播而是變彎曲。這樣當我們觀察太陽、月亮或其它星體時，從大氣外層射入的光線在進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，總認為光線是沿直線傳播的，所以天體的真實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，在太陽未達到地平線之前，我們已經可以看到太陽了；而在日落時，太陽剛剛落到地平線以下時，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際相當復雜，因此會形成多種多樣的折射現象。如當大氣中溫度的垂直分布出現異常時，就會引起空氣密度垂直變化異常因而產生異常折射，來自遠處目標物的光線可能在另一高度發生全反射，這樣除能看到本身實物外，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、云霧中的光現象

　　云霧中存在大量懸浮的水滴和冰晶。光線通過云霧時，不同大小的水滴對光的傳播會產生不同的影響，光線會在大水滴表面發生折射與反射現象，對于一定大小的小水滴會發生衍射現象，對于與光波長接近的微小水滴，則會發生散射。因而，伴隨著云霧降水的發展，就形成了許多種光學現象，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生的。光線照射到雨滴后，在雨滴表面會發生折射，各種顏色的光發生偏離，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，所以當我們仰望天空時，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紫外紅的彩色光帶，即彩虹。若光線在雨點內產生二次內反射后再通過折射到我們眼簾時，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，當其直徑僅比光波波長大幾倍到十幾倍時，入射的日、月光在云中會發生衍射現象，在日、月周圍可以看到小的彩色光環，這種現象稱為華(或冕)。因為衍射現象中各種顏色光受到的影響程度不同，因而光環為彩色，內環呈青藍色（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發生折射和反射，便會在太陽或月亮周圍產生彩色光環，這種七色彩環稱為日暈或月暈，統稱為暈。暈的色序與虹相反，內側呈淡紅色，外側為紫色。暈的種類很多，有的呈環形，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、相關天氣諺語的分析

　　大氣中的不同光現象反映了大氣中不同的狀態分布和大氣的微物理結構。很多大氣光現象與天氣過程有聯系，可作為未來天氣的征兆，據此勞動人民在長期實踐中總結和歸納出了許多天氣諺語。

　　1、與大氣中光的散射現象有關的諺語

　　在黃昏和黎明時，陽光斜穿過大氣層，在低層大氣中有很長的光程，并經大氣中空氣分子、水汽、塵埃微粒的散射和吸收才能到達人的眼睛， 在天邊有時會出現五彩繽紛的霞。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，漸次變為橙、黃、綠、蘭各種顏色。當大氣中濕度較大時，或在系統性云系移近時，空中會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。我國大部分地區降雨天氣主要來自兩個方向：一是受西風帶影響，系統性天氣過程自西向東移動，形成系統性降水天氣。另一個是受空氣對流影響形成對流性降水過程，隨著日照加強而空氣對流增強，往往在中午前后形成局部降雨。夏季早上，低空空氣穩定，很少塵埃，如果當時有鮮艷的紅霞，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展，云層也會漸密，壞天氣將逐漸逼近，預示天氣將要轉向陰雨；而傍晚，是一天中溫度相對較高的時候，低空大氣中水分一般不會很多，但塵埃因對流變弱而可能大量集中到低層。因此，如果出現鮮艷的晚霞，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天氣已經轉晴或云層已經裂開，按照氣流由西向東移動的規律，未來本地的天氣就要轉晴。因此諺云：“朝霞不出門，暮霞走千里”,也才有了“日出一點紅，不雨便是風”、“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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