在大气中,有许多现象会因为大气的垂直结构或光线照射角度所影响,而形成不同的光影变化或特殊的景象,例如:幻日(sundogs)、晕(halo)、蜃 景(mirage)等等。有一些现象我们已在课本中见过,例如虹(primary rainbow)或霓(secondary rainbow),然而其实还有许多特殊的大气现象你可能连听都没听过喔,就让我们来看看这些有趣的光影变化吧!以下介绍因为冰晶的反射与折射所造成的特 殊现象:

二、冰晶的反射与折射

日/月华(冕)(corona)

当日光或月光照射入含有小水滴的薄云层时,光线会在小水滴上产生绕射,而形成如同在小水滴两边各为光源一样,而这两个新光源在小水滴的后面又相互干涉,于 是形成明暗相间的光环。当同时有很多的小水滴都产生上述绕射现象时,在云层的后面会就形成彩色的光环,光环的颜色排序为内蓝外红,此光环即为 「华」(corona)。日华(图1)和月华(图2)的成因相同,在台湾月华较常见,日华相对较少见且也较难观赏,因为在薄云的情况下阳光显得太过刺眼, 但在厚云的情况下却又不会看到日华,所以日华才较不常见。

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图1:日华。资料来源:洪秀雄(2010)。日月华。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/coronas.htm

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图2:月华。资料来源:洪秀雄(2010)。日月华。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/coronam.htm

宝光(heiligenschein)

「宝光」是一种露滴所产生的光学现象。在清晨的布满露珠的草地上,当你站在阳光下低头看你的影子时会发现,你的影子外围好像被一片光芒所包围,就很像佛祖 身后的光环一样,所以称作宝光(图3)。宝光的形成是因为露珠为相当大的水滴,而当阳光照射到露珠后会反方向回射阳光来的方向,但因为露珠为圆球状,所以 反射的光多少会散开来,光线进入你眼睛时会让你以为这些光是包围你的影子发射出来的,看起来就很像你的影子外围产生了一圈光芒。

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图3:宝光。资料来源:洪秀雄(2010)。宝光。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/heiligen.htm

蜃景(mirage)

蜃景也就是我们俗称的海市蜃楼,蜃景的产生主要是由于大气密度的不均匀,导致光在传播时产生折射后所造成的。蜃景主要有三种,分别为上蜃景(inferior mirage)、下蜃景(superior mirage)及侧蜃景(lateral mirage)。

当大气的温度是上层空气比下层空气温暖时,大气的密度本来就是随高度增加而递减,又加上气温下热上冷的影响,使得大气上层的密度远比下层为小,所以光线有上往下照射时产生向下偏折的情形(图4),使得观察者误以为光源是来自高处,而产生所谓的上蜃景(图5)。

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图4:上蜃景折射示意图。资料来源:洪秀雄(2010)。蜃景。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/mirage2e.htm

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图5:上蜃景。资料来源:洪秀雄(2010)。蜃景。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/mirage2.htm

相反的,当近地面大气的温度远比上层大气温度为高的时候,则大气的密度为下小上大,而产生向上偏折的结果,使得观察者误以为光源是来地面以下,故为下蜃景 (图6)。在视野很远的公路上开车时,驾驶人常误为看到远处有一大滩水在地面上(如图7),这就是因为蓝天的景像被折射到地面以下而产生下蜃景的关係,也 就是和在沙漠中常被误以为有水源绿洲的蜃景情况相同。

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图6:下蜃景折射示意图。资料来源:洪秀雄(2010)。蜃景。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/mirage1e.htm

大气光影的变化一 (The Optical phenomen

图7:下蜃景。资料来源:洪秀雄(2010)。蜃景。2011年6月28日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/mirage1.htm

来自北极的故事,以下取自 洪秀雄(2010)。蜃景 原文

「1818年一个晴朗而严寒的日子,在加拿大巴芬岛附近,一艘张满帆船正在进入充满了未知的海洋上。在船上的是 James 及 John Ross 两个兄弟,他们希望找到据信可以连结太平洋和 大西洋的「西北通道」。但这一天早晨,他们的希望幻灭了,因为就在他们的正前方横亘着一座高耸而巨大的山脉,正好阻挡住水道。失望之余,他们打道回府,并 且告诉世人,所谓西北通道是不存在的。大约七十五年后,Perry 将军也遭遇到相同的障碍,并且称之为Crocker Land。

传言因此而起:是否有金、银甚至于宝石隐藏在山背后?好奇心充斥着世界各地探险者的心,但都没有答案。一直到1913年,美国自然历史博物馆委託 Donald MacMillan 带领一个探险队深入北极,要解开Crocker Land 的神秘面纱。旅途的初期令人很是失望,因为在Perry报告说有大山脉的地方,他们看到的是一望无际的开扩水域。后来他们终于看到Crocker Land,但是在Perry遭遇点以西二百多英里的地方。他们儘可能的向西继续航行,然后下锚,改由一小队人用步行的方式继续探险。

当他们向着山走过去时,山好像也在向后退。如果他们站定不动,山也不动。如果他们再向前走,山又开始后退。虽然每个人都很困惑,但大家还是在发亮的雪原上 奋勇前进,一直到三座高山包围着他们为止。他们心想,Crocker Land的宝藏终于是属于他们的了。但下一瞬间,太阳消逝在地平线以下,同时在身旁的山就像变魔术般溶解在冰冷的北极暮色之中。大家目瞪口呆的望着四周无 涯的冰,那有山的蹤迹!」

参考文献:

1. 洪秀雄(2010)。日月华。http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/coronas.htm
2. 洪秀雄(2010)。宝光。http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/heiligen.htm
3. 洪秀雄(2010)。蜃景。http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/mirage1.htm

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