大气光现象与天气谚语

1、大气光现象与天气谚语天气谚语是以成语或歌谣形式在民间流传的能够预示未来天气变化 的经验辞语，它因果关系明确、语句简炼，是中国民间所特有的一笔 宝贵文化财富。 许多天气谚语与大气中的光现象密切相关， 蕴藏了丰 富的物理道理。 在大力倡导素质教育的今天， 引导学生运用物理知识 分析天气谚语是一种有益的尝试。 一、大气中的光现象 大气是由空气分子和水滴、冰晶及其它各种气溶胶粒子组成的， 它们都会与光波发生相互作用。 由于大气的不均匀性， 以及大气总处 于不停顿的复杂运动之中，它对光的折射、衍射、散射和吸收作用是 复杂多变的，从而形成了多种多样、绚丽多彩的大气光现象。肉眼所 能直接感觉到的大气光现象可

2、以分为三类：1、大气中光的散射现象 当我们避开太阳朝天空张望时， 看到的是蔚蓝的天空， 这就是说， 在那个方向的天空有光线射入我们的眼帘，从太阳发射过来的光线， 在天空的某个地方改变了方向，不然的话，我们所能看到的一切，就 只不过是星际空间的黑暗，或者是来自某个遥远星辰的亮光。原来， 当光线穿过地球周围的大气时，它遇到大气分子或气溶胶粒子等时， 便会与它们发生相互作用， 重新向四面八方发射出频率与入射光的相 同，但强度较弱的光 （称子波 ），这种现象称光散射。在清洁大气中， 起主要散射作用的是大气气体分子， 发生分子散射（或称瑞利散射）。 散射光分布均匀且对称， 散射光强度与人射波长 4 次方

3、成反比， 所以 在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色光比绿、黄、橙和红色 光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。但当大气十分浑浊、大气中 悬浮粒子大量增加时， 起主要作用是散射光的强度分布不对称的米氏 散射。米氏散射与入射波长依赖关系不明显，因此天穹呈现青灰色， 在天边甚至出现不透明的灰白色。 曙暮光是大气散射的另一现象， 当 太阳在地平面以下时， 太阳光无法直接到达地面， 但是它能照亮地面 以上的大气层， 使天空明亮。 曙暮光指的就是黎明和黄昏这段时间的 光亮。2、大气中光的折射现象当光在大气中传播时， 大气可以被看作是一种连续介质。 大气折 射率的大小取决于大气的温度、 压强和大气中水汽

4、分子密度。 一般情 况下，地球上空气的密度随高度变化，折射率随密度减小而减小，因 此光在大气中传播时， 通过一层层密度不同的大气， 在各层的分界面 处会发生折射， 使光线不沿直线传播而是变弯曲。 这样当我们观察太 阳、月亮或其它星体时， 从大气外层射入的光线在进入大气层后的轨 迹是一条弯向地面的弧线。 然而就人的主观感觉来讲， 总认为光线是 沿直线传播的，所以天体的真实方向与视方向之间存在一定的夹角 （称为蒙气差）。也正是由于大气的折射，日出时，在太阳未达到地 平线之前，我们已经可以看到太阳了；而在日落时，太阳刚刚落到地 平线以下时，我们还能看到它。由于大气中，气压、温度、湿度的分布很不均匀且

5、不断变化，因 此大气折射率的分布和变化实际相当复杂， 因此会形成多种多样的折 射现象。如当大气中温度的垂直分布出现异常时， 就会引起空气密度 垂直变化异常因而产生异常折射， 来自远处目标物的光线可能在另一 高度发生全反射， 这样除能看到本身实物外， 还可以看到它的反射像， 这就是我们通常称为的“海市蜃楼” 。3 、云雾中的光现象云雾中存在大量悬浮的水滴和冰晶。 光线通过云雾时， 不同大小 的水滴对光的传播会产生不同的影响， 光线会在大水滴表面发生折射 与反射现象， 对于一定大小的小水滴会发生衍射现象， 对于与光波长 接近的微小水滴，则会发生散射。因而，伴随着云雾降水的发展，就 形成了许多种光学

6、现象，最常见的有虹、华和晕。虹是由于太阳光线在大气水滴表面的折射与反射产生的。 光线照 射到雨滴后，在雨滴表面会发生折射，各种颜色的光发生偏离，其中 紫色光的折射程度最大， 红色光的折射最小， 其它各色光则介乎于两 者之间，折射光线再经过一次反射、一次折射到我们的眼里。由于空 气悬浮的雨滴很多， 所以当我们仰望天空时， 同一弧线上的雨滴所折 射出的不同颜色的光线角度相同， 于是我们就看到了内紫外红的彩色 光带，即彩虹。若光线在雨点内产生二次内反射后再通过折射到我们 眼帘时，光弧色带就与虹正好相反，称为副虹或霓。云中分布着大量的微小水滴或冰晶， 当其直径仅比光波波长大几 倍到十几倍时，入射的日、

7、月光在云中会发生衍射现象，在日、月周 围可以看到小的彩色光环，这种现象称为华 （或冕 ）。因为衍射现象中 各种颜色光受到的影响程度不同， 因而光环为彩色，内环呈青蓝色（紫 色不太显著），其外呈黄色为主，最外呈红色，并且水滴愈小华环愈 大。由于日光太亮，一般不易观察到日华，月华则比较常见。若天空中有卷层云， 阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反 射，便会在太阳或月亮周围产生彩色光环， 这种七色彩环称为日晕或 月晕，统称为晕。晕的色序与虹相反，内侧呈淡红色，外侧为紫色。 晕的种类很多，有的呈环形，称之为“圆晕” ；有的呈弧形，称之为 “珥”；还有的呈光斑形，称为“幻日”或“假日” 。二、相关天气

8、谚语的分析 大气中的不同光现象反映了大气中不同的状态分布和大气的微 物理结构。 很多大气光现象与天气过程有联系， 可作为未来天气的征 兆，据此劳动人民在长期实践中总结和归纳出了许多天气谚语。1、与大气中光的散射现象有关的谚语在黄昏和黎明时， 阳光斜穿过大气层， 在低层大气中有很长的光 程，并经大气中空气分子、 水汽、尘埃微粒的散射和吸收才能到达人 的眼睛， 在天边有时会出现五彩缤纷的霞。一般来讲，在日出日落 方向上，从地面向天顶，霞的色彩排列是接近地面为红色，渐次变为 橙、黄、绿、兰各种颜色。当大气中湿度较大时，或在系统性云系移 近时，空中会悬浮着很多较大的水滴， 这些不同大小的水滴对各种颜

9、色光有不同的散射作用。大气中水汽含量越多，霞的色彩就越鲜艳。 我国大部分地区降雨天气主要来自两个方向： 一是受西风带影响， 系 统性天气过程自西向东移动， 形成系统性降水天气。 另一个是受空气 对流影响形成对流性降水过程， 随着日照加强而空气对流增强， 往往 在中午前后形成局部降雨。夏季早上，低空空气稳定，很少尘埃，如 果当时有鲜艳的红霞，称为早霞。这表示东方低空含有许多水滴，有 云层存在，随着太阳升高，热力对流逐渐向平地发展， 云层也会渐密， 坏天气将逐渐逼近，预示天气将要转向阴雨；而傍晚，是一天中温度 相对较高的时候， 低空大气中水分一般不会很多， 但尘埃因对流变弱 而可能大量集中到低层。因此，如果出现鲜艳的晚霞，主要是由尘埃 等干粒子对阳光散射所致， 说明我们西边的上游地区天气已