大气光现象与天气谚语.doc

大气光现象与天气谚语 作者:陈建文章来源:转载点击数:1387更新时间:2007-11-27   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