第四章 第四章 大气和海洋中的声、光、电现象 大气海洋学 教学课件.pptVIP

22°晕的形成 ? 当天空中悬浮着大量六角柱体状大冰晶且它们横躺着缓慢下降时，光在冰晶中的折射最小偏向角为22°左右，由于不同波长的光波折射率不同，引起色散，在太阳下方的观测者观测到内红外紫的22°晕。 22°晕形成示意图（引自许绍祖，1993） 22°晕（引自中国云图，1972） 46°晕的形成 ? 若六角柱体状大冰晶竖着缓慢下降，则阳光折射的最小偏向角为46°左右，于是人们可以看到46°晕。 46°晕（引自中国云图，1972） 复杂的晕 ? 有时由于冰晶形状不同，排列方式各异以及光线投射角度不一等原因，可以形成丰富多彩的晕。例如有时会出现与晕圈相接的光弧，叫做日珥（或月珥），有时在日月的两侧出现明亮的光斑，称为假日或假月；甚至还会在日月的上下方或两侧同时伸展出光芒夺目的光柱或光十字等。1987年2月10日中央电视台报道了在新疆阿勒泰地区观测到四个小太阳，就是带有四个假日的日晕。 华 华是一种出现在日（月）周围，角半径约1～5°的彩色光环，内紫外红，但紫色较弱，中间以黄色为主。较大的华的视半径可有10°左右。 华出现在有中云的时候。 A lunar corona A solar corona soon after sunrise A solar corona over the North Tower of the Golden Gate Bridge 华的成因： ? 华是由日（月）光通过大小与可见光波长相近的云滴（或冰晶）时发生衍射所形成的光象。由于衍射角的大小与云中水滴或冰晶的大小成反比，所以水滴或冰晶越大，发生的华的光环直径就越小。 若将大气分成很多均匀的薄层来处理，各层折射指数不同，当光线穿过这些折射指数不同的气层时，就会在各气层之间的界面上发生折射，使光波传播的路径发生曲折。 球面分层大气中射线的折射（引自王永生等，1987） 天文折射和蒙气差 Z*是天体的真天顶距（也就是天顶角） Z是天体的视天顶距 两者之差称为天文折射值，又叫做蒙气差，以θ表示，即 天文折射示意图 蒙气差的数值很小，且与星体的位置有关。 星体在天顶时，θ= 0 星体位于地平线时，蒙气差最大，可达34′左右。 天文折射的作用总是使星体的视天顶距小于其真天顶距。即使星体离地平面的高度增加，星体被抬升。 天文折射的作用： ? 使人们有可能看到地平线以下离地平线不远处的星光。 使人们看到太阳和月亮升起得比较早，没落得比较晚。 使白昼变长。 产生各种光象 蒙气差数值虽小，但在天文观测中必须加以订正才能得到天体的真实位置。 天文折射引起的光象 日月变形 当太阳或月亮升起刚离开地平线时，我们可以看到太阳光盘不是园的，而是扁平的椭圆形。 日出时的变形（取自中国云图，1972） Photograph of the full Moon partly obscured by Earths atmosphere. Note the deviation from circular in the Moons lower edge, caused by refraction 日月变形的原因： ? 太阳从东方升起时，天文折射使太阳光盘上各点的视位置都向上抬升一个高度, 但太阳光盘下边缘抬升得比太阳光盘上边缘抬升的多些，而太阳光盘水平方向的视直径没有变化。因此看上去太阳光盘被压扁了。 在太阳刚好离开地平线时， 太阳光盘下边缘的天顶角为90°，蒙气差为33′51″， 太阳光盘上边缘的天顶角为89°28′，（太阳视直径为32′），蒙气差为27′54″。 由于太阳光盘下边缘抬升的角度比太阳光盘上边缘抬升的角度高出大约6′，因而使太阳光盘垂直方向的视直径变成了26′左右，太阳在水平方向的视直径仍为32′，所以，太阳看起来是扁圆的。 星光闪烁 当大气中存在多种密度不同的气层时，星光穿过这些气层时会发生多种多样的折射。有时像穿过凸透镜形成辐合光束，有时像穿过凹透镜形成辐散光束，前者进入眼睛的光线多些，觉得亮些，后者进入眼睛的光线少些，觉得暗些。星光的这种明暗交替变化使我们觉得星光在闪烁。当星体的高度角不大时，由于光线穿过气层厚，折射复杂，星光闪烁也更显著。高度角大于40°，闪烁现象就不明显了。另外大气中水汽含量多时也能增强闪烁现象。因此星光闪烁表示大气不稳定和水汽含量多，常常预示天气将有变化。农谚说“星星眨眼，大雨不远”就是这个道理。 An animated image of the Moons surface showing the effects of Earths atmosphere on the view 绿闪现象 日出（日落）时，当太阳边缘刚露出很少一部分在地平线上时，人们有时会看到太阳的上边缘有绿色的闪光，称为绿闪。这是因为大气的折