南极观察:景色幻象!海市蜃楼

2017-04-13作者:[日]武田康男 著;王庆 译编辑:谢爽

大气层中的幻象

 

在日本昭和基地,除了夏季的高温时期以外,其他时间里常常能看到海市蜃楼,可以从中观赏到与昭和基地相距5~30千米的冰山或陆地的虚像。

 

在南极出现海市蜃楼多为上暖下冷的“上现蜃景”(照片3-1),出现条件是形成“逆温层”,即冷空气停驻于地表附近,冷空气上方的空气相对温暖。“逆温层”中的空气温差使得空气密度出现差异,空气密度不同,光的折射率也不相同,进而导致光线发生折射,观察者因而能够看到远处景象的虚像。日本富士湾初春时节出现的海市蜃楼也是“上现蜃景”。


图3-1上暖下冷的海市蜃楼——光线向上方折射,所以虚像悬浮于实际的景象之上。有时也如该图所示,会看到倒立的景象


导致海市蜃楼出现的地表冷空气,源于低温源的辐射冷却或陆地吹来的冷风。出现“上现蜃景”时,冰山等虚像会位于实景的上方,或者以倒立的姿态浮在空中(照片3-1~ 照片3-3)。在南极大陆,有时也能见到海市蜃楼(照片3-4),虽说只是一道道的白色条纹,但可看到其远离地面,悬浮在空中,这可以认为是“上现蜃景”,南极大陆白雪皑皑的地面出现上浮虚像。此外,我还亲眼看到过远方云层的上浮虚像(照片3-5)。


照片3-1 冰山的海市蜃楼 冰山的海市蜃楼呈现为冰山的伸展虚像,或浮在空中的倒立虚像。光线在地表附近的冷空气发生折射,可以看到平时无法看到的远山的虚像


照片3-2 扭曲陆地的海市蜃楼 海市蜃楼扭曲了陆地的形状,宛如陆地被破坏了一样。图片中的海市蜃楼应该是冷空气被分成数层而形成的,所以看起来形状发生了改变


照片3-3 船上之所见海市蜃楼 从船上见到的海市蜃楼现象。在平静的冰海之上,对面的冰山等景物出现上浮虚像。如果从船上舷梯的不同高度观看,海市蜃楼的形状会不同


照片3-4 陆地上的海市蜃楼 南极大陆上会出现不可思议的白色条纹,飘曳着左右移动,然后悄然消失。这其实是陆地上的冷空气使光弯曲而形成的海市蜃楼


照片3-5 云的海市蜃楼 远处云的上部层云涌动,这并非云在向上扩张,而是因为出现了海市蜃楼,因而可看到云的上浮虚像


重叠多层的海市蜃楼!

 

当“逆温层”的边界不稳定,海市蜃楼就会发生扩张或收缩。某日,由于出现海市蜃楼,我看见停在约15千米外的雪地车浮了起来(照片3-8~ 照片3-10)。雪地车通常都是停放在冰山后面,无法从基地直接看到,但在那时,出现海市蜃楼的上浮虚像,上浮虚像之上进而又出现了新的虚像,并且相互重叠。这可能是源于冷空气与暖空气的边界周期性波动,进而导致出现重叠的海市蜃楼。如果边界的波动发生在与视线相同的方向上,则光线会在边界的多个位置上发生折射,因而可在上下方向上看到几个重叠着的虚像。我对上述的现象非常感兴趣,还拍摄了视频。除此之外,偶尔还会看到重叠数层的海市蜃楼。


照片3-8、照片3-9、照片3-10 海市蜃楼中的雪地车 在距离约15千米的位置停放着数台大型雪地车,平常都隐蔽在冰山后,基本看不见。但在某日,眺望该方向,可以看见雪地车的虚像重叠着浮在空中


这样的海市蜃楼现象也会在太阳形状发生变化时出现(照片3-7)。当太阳接近地平线时,有时能看到太阳的一部分与太阳的上方分离,这与“上现蜃景”现象相同。此时,经常会出现“绿闪”现象。


照片3-7 夕阳的海市蜃楼 夕阳西下,夕阳的上方出现很多光亮的部分。这可以认为是日落的过程中遇到了大气的逆温层,形成了如波浪般起伏的海市蜃楼


另一方面,在夏季,还会出现与通常出现在日本昭和基地的“上现蜃景”不同类型的海市蜃楼,这是因为在强烈的太阳光照射下,地表温度升高,可以看到对面的景象从地平线上浮起来,这称为“浮岛现象”,是上冷下暖的“下现蜃景”(照片3-11)。因为光线向下方弯曲折射,地平线在视觉上会下移,导致景象看上去浮在地平线之上,或者出现景象倒立着浮在空中。日本冬季的海上也会出现“下现蜃景”。那时,海面相较于上层空气温度较高,因而会出现上冷下暖的“下现蜃景”。南极大陆的近海面上也会出现这种“浮岛现象”。如果海水温度不低于零下2 摄氏度,当陆地方向吹来零下10摄氏度的冷空气时,海面上就形成水汽,如同“飘浮着的冰山”。


照片3-11 浮岛现象 可看到远处的岛屿从海冰面浮起,看起来宛如天空将岛屿与大海分割开来。这与通常在南极出现的海市蜃楼相反,属于上冷下暖的海市蜃楼,多出现在日光照射强烈的时期


海市蜃楼中的彩色冰山

 

海市蜃楼中会出现光的颜色分解(照片3-12)。海市蜃楼是光发生折射而出现的现象,但折射的角度会因光谱颜色差异而有所不同,这和三棱镜分解光颜色的原理相同,都是对白光进行了分解。冰山为白色,该白色可以分解为从蓝色到红色的不同颜色。


照片3-12 彩色的海市蜃楼 可看到远处的白色冰山分解成橙色及蓝色,这是光谱差异、光折射的角度不同而引起的现象。由此,我对海市蜃楼现象的奥妙感慨不已

 

海市蜃楼是物体形成的虚像。在一望无际、冰雪延绵的陆地等开阔区域,除了地平线的变化外,其他海市蜃楼现象在没有太阳与月亮的映衬下难以察觉。不过,大陆沿岸的海域冰山众多,出现海市蜃楼则较容易发现。从日本昭和基地到海岸的区域,是非常适合观看海市蜃楼的地方。

 

特别是距离昭和基地最近(约15千米)的一个海角,是观察如雪地车那样类型的海市蜃楼的最佳位置。我认为如果在特定位置放置人造物体及光源,然后定期观测,就可以弄清楚海市蜃楼的形成、变化以及与气温之间的关联。


内容来源:书问

作者[日]武田康男 著;王庆 译
出版人民邮电出版社
定价42元
书籍比价

分享到

扫描二维码 ×

电子纸书

自由与秩序——美国法治观察笔记

肖双红
清华大学出版社[2015] ¥18

浙江大学生(2013—2014)创业观察报告

何向荣、谢敏
清华大学出版社[2015] ¥35

智能手机维修从入门到精通(第2版)

侯海亭 康存勇 李南极
清华大学出版社[2017] ¥40

4G手机维修从入门到精通

侯海亭、郭天赐、李南极
清华大学出版社[2014] ¥55

提高孩子观察力的图形思维游戏

于雷
清华大学出版社[2013] ¥17

出版业领先的TMT平台

使用社交账号直接登陆

Copyright © 2019 BookAsk 书问   |   京ICP证160134号


注册书问

一键登录

Copyright © 2019 BookAsk 书问   |   京ICP证160134号