海市蜃楼

海市蜃楼（又称“蜃气楼”、“蜃楼”、“蜃景”、“蜃气楼台”、“海市”等）是自然发生的光学现象，它将光线偏折而在遥远的距离或天空中生成虚像。在大气科学中称为蜃景。古人认为是蜃吐出的气息。英文中的这个字源自拉丁文的mirare，再经由法文的mirage而来，意思是“看见的奇景”，也就是海市蜃楼。这与“mirror”（镜子）和“to admire”（欣赏）有着相同的字根。相对于幻觉，海市蜃楼是一种真实的光学现象，由于观测到的位置是由实际光线折射形成的虚像，它可以用照相机来捕捉影像。然而，会出现什么样的影像全由人类心灵解释的能力来确定。例如，在地面的上蜃景非常容易被误认为来自一小片水洼的反射。蜃景可以分类为“下蜃景”（意思是低）、“上蜃景”（意思是高，即“复杂蜃景”），一种包含一系列异常复杂，垂直堆叠影像，形成快速变化蜃景的上蜃景。冷空气的密度比暖空气大，因此有较大的折射率。当光线由冷空气进入有着明确边界的暖空气，光线会弯曲偏离温度梯度的方向；当光线由暖空气进入冷空气，它们会偏向接近梯度的方向。如果接近地面的空气比更上面的温暖，光线会弯曲成朝上呈现凹线的轨迹。一旦光线抵达观测者的眼睛，视觉皮层将解释成它是沿着“视线”笔直的前进，然而这条线只是它抵达人眼处弧线的切线方向。结果是天空上的下蜃景似乎是在地面上。观测者可能会错误的解释这些景象是水反射至空中的，对大脑而言，这是较为合理和常发生的。在地面的空气比上层微冷的状况，光线会被偏折朝下，产生“上蜃景”。“宁静”状态的地球大气层垂直梯度大约是高度每升高100米，温度变化-1℃ (数值是负的是因为温度随高度增加而降低)。发生蜃景的温度梯度必须比这个大许多。依据M. Minnaert，这个温度梯度的量级至少是每米2℃，而要达到每米4℃或5℃才会出现明显的蜃景。这些条件常出现在被强力加热的地面，例如，当太阳一直照耀着砂或沥青，通常就会生成下蜃景的景象。前述的模型解释了下蜃景的成因，之所以称为“下”是因为看见的影像是在实际物体下方的缘故。真实的物体是蓝天或在这一方向的远方物体，意思是说我们看见的物体实际上是在远方地面被蓝色补缀的。对在沙漠中筋疲力竭的旅行者，它看起来像是湖水；在柏油路的道路上，它看似满溢的水或甚至是油。这被称为“沙漠蜃景”或“高速路蜃景”。请注意，在阳光的曝晒下砂和柏油都会变得很热，很容易就会比上方1米的空气热上10℃，而足以形成蜃景。来自远方特定距离物体的光线全都穿越几乎相同的空气层，并且全部都有相同的偏折量。因此来自物体顶端的光线将比那些来自底部的光线更低，所以这些蜃景经常是倒立的，天空增强了影像的错觉，使得远方物体的影象很像经过扰动的水或油坑表面作用的镜像。下蜃景的影象是不稳定的。热空气上升和冷空气（因为密度较高）下降，因此空气层会混合，引起上升的湍流，图象会因此而被扭曲。它也可能会振动、垂直扩展（高耸）或横向扩展（水平变宽）。如果有几层不同的温度层，可能会混核好几个蜃景，导致双（重叠） 的影像。在任何情况下，蜃景的高度通常不会超过半度（等同于月球或太阳的视直径），并且与实物相距只有几公里。路面上的“水”实际上是蓝天的镜像，犹如岸上的风景在湖面的倒影，是光线反射形成的。在无风、炎热天气，路面上方会形成一个大约20厘米高的稀薄的热空气层，与其上方的冷空气交界处形成了一个反射界面，可以反射倾斜入射的阳光。高速公路上的海市蜃楼海市蜃楼现象中，有一部分的树像消失在地平线之上太阳升起的瞬间，海平面出现剧烈的光线折射太阳升起时，海平面出现海市蜃楼现象犹他州大盐湖的海市蜃楼鸟山石燕的《今昔百鬼拾遗》插图在山东省蓬莱市海面拍摄到的海市蜃楼复杂蜃景，名称来自于意大利的Morgan le Fay，神话中与亚瑟王是异母姊妹的仙女，是非常复杂的上蜃景。他会更替的出现被压缩或伸展、倒置和抬升的影像。复杂蜃景也是一种快速变化的蜃景。复杂蜃景几乎可以在任何区域中观察到，但是最常见的是在极地，特别是有着一致低温的大片冰层。在极地的复杂蜃景现象都在相对较冷的天气被观察到，然而在沙漠、海洋、和湖泊，可以在热天观察到。要生成复杂蜃景，逆温层须要对光线造成强大的偏折，在逆温层内的偏折必须大于地球表面的曲率。在这样的条件下，光线被偏折并且成为弧形。一为观测者的位置必须在其中或低于大气波导之下才能看见复杂蜃景从海平面到高山顶，甚至在飞机上，在大气层的任何高度都可以看见复杂蜃景 。天体的海市蜃楼是在自然界发生的一些光学现象，光线被天体偏折而产生扭曲或多重影像。蜃景可能在这些天体上被观测到，像是太阳、月球、行星、明亮的恒星和非常亮的彗星。最常被观测到的是日出和日落 蜃景。《史记‧封禅书》：“自威、宣、燕昭，使人入海求蓬莱、方丈、瀛洲。此三神山者，其传在勃海中，去人不远，患且至，则船风引而去。盖尝有至者，诸仙人及不死之药在焉，其物禽兽尽白，而黄金白银为宫阙。未至，望之如云；及到，三神山反居水下；临之，风辄引去，终莫能至。”宋朝沈括在《梦溪笔谈》中这样写道：“登州海中，时有云气，如宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖，历历可见，谓之‘海市’。或曰‘蛟蜃之气所为’，疑不然也。欧阳文忠曾出使河朔，过高唐县，驿舍中夜有鬼神自空中过，车马人畜之声一一可辨，其说甚详，此不具纪。问本处父老，云：‘二十年前尝昼过县，亦历历见人物。’土人亦谓之‘海市’，与登州所见大略相类也。”明朝陆容《菽园杂记》：“蜃气楼台之说，出天官书，其来远矣。或以蜃为大蛤，月令所谓雉入大海为蜃是也。或以为蛇所化。海中此物固多有之。然海滨之地，未尝见有楼台之状。惟登州海市，世传道之，疑以为蜃气所致。苏长公海市诗序谓其尝出于春夏，岁晚不复见，公祷于海神之庙，明日见焉。是又以为可祷，则非蜃气矣。”天启四年（1624）五月二十一日，袁可立在登州公署中看到了海市蜃楼：“睢阳袁可立为抚军，时饮楼上。忽艨艟数十扬帆来，各立介士，甲光耀目，朱旗蔽天，相顾错愕。急罢酒料理城守，而船将抵岸，忽然不见，乃知是海市。”。诗兴大发，在蓬莱阁上留下名篇《观海市诗》。清刘献廷《广阳杂记》：“莱阳董樵云：登州海市，不止幻楼台殿阁之形，一日见战舰百余，旌仗森然，且有金鼓声。顷之，脱入水。又云，崇祯三年，樵赴登州，知府肖鱼小试，适门吏报海市。盖其俗，遇海市必击鼓报官也。肖率诸童子往观，见北门外长山忽穴其中，如城门然。水自内出，顷之上沸，断山为二。自辰至午始复故。又云，涉海者云，尝从海中望岸上，亦有楼观人物，如岸上所见者。”康熙十一年（1672年）四月蒲松龄与唐梦赉、高珩、张绂、等8人东游崂山恰好见到海市。蒲松龄受到启发，写了《崂山道士》和《香玉》。唐梦赉在《志壑堂文集‧杂记》中记载：“壬子夏，游崂山，见海市。时同行者八人。初宿修真观，历上清、下清庵，登八仙墩，水尽山穷，连天一碧。再宿青石涧，观日出。回至番辕岭，微雨初晴，东望海际，一城在白云中，堞数十仞，炮台敌楼，历历可数。俄见一人青衣出，路南行，后一人肩挑雨具从之，向西望，若凝眸。吾辈诸同人方惊疑，云去时未见此城，且迁海以后宁复存此岛乎？询之土人从同行者，乃曰：‘此海市也，是为沧洲岛。’一食顷，而埤堄渐低，青山露髻文，移时城山尽出，恍如梦寐矣。”