當光線在同一密度的均勻介質內進行的時候 ， 光的速度不變 ， 它以直線的方向前進 ， 可是當光線傾斜地由這一介質進入另一密度不同的介質時 ， 光的速度就會發生改變 ， 進行的方向也發生曲折 ， 這種現象叫做折射 。當你用一根直桿傾斜地插入水中時 ， 可以看到桿在水下部分與它露在水上的部分好象折斷的一般 ， 這就是光線折射所成的 ， 有人曾利用裝置 ， 使光線從水里投射到水和空氣的交界面上 ， 就可以看到光線在這個交界面上分兩部分：一部分反射到水里 ， 一部分折射到空氣中去 。如果轉動水中的那面鏡子 ， 使投向交界面的光線更傾斜一些 ， 那么光線在空氣中的折射現象就會顯得更厲害些 。當投向交界面的光線如左下圖所示的情況時 ， 光線就全部反射到水里 ， 再沒有折射到空氣中去的光線了 。這樣的現象叫做全反射 。空氣本身并不是一個均勻的介質 ， 在一般情況下 ， 它的密度是隨高度的增大而遞減的 ， 高度越高 ， 密度越小 。當光線穿過不同高度的空氣層時 ， 總會引起一些折射 ， 但這種折射現象在我們日常生活中已經習慣了 ， 所以不覺得有什么異樣 ?？墒钱斂諝鉁囟仍诖怪弊兓姆闯?nbsp;， 并會導致與通常不同的折射和全反射 ， 這就會產生海市蜃樓的現象 。由于空氣密度反常的具體情況不同 ， 海市蜃樓出現的型式也不同 。在夏季 ， 白晝海水濕度比較低 ， 特別是有冷水流經過的海面 ， 水溫更低 ， 下層空氣受水溫更低 ， 下層空氣受水溫影響 ， 較上層空氣為冷 ， 出現下冷上曖的反?，F象（正常情況是下曖上涼 ， 平均每隔100米高度 ， 氣溫降低0.5~0.6 左右） 。下層空氣本來就因氣壓較高 ， 密度較大 ， 現在再加上氣溫又較上層為低 ， 密度就顯得特別大 ， 因此空氣層下密上稀的差別異常顯著 。假使在我們的東方地平線下有一艘輪船 ， 一般情況下是看不到它的 。如果由于這時空氣下密上稀的差異太大了 ， 來自船舶的光線先由密度的氣層逐漸折射進入稀的氣層 ， 并在上層發生全反射 ， 又折回到下層密的氣層中來；經過這樣彎曲的線路 ， 最后投入我們的眼中 ， 我們就能看到它的像 。由于人的視覺總是感到物像是來自直線方向的 ， 因此我們所看到的輪船映像比實物是抬高了許多 ， 所以叫做上現蜃景 。我國渤海中有個廟島群島 ， 在夏季 ， 白晝海水溫度較低 ， 空氣密度會出現顯著地下密上稀的差異 ， 在渤海南岸的蓬萊縣（古時又叫登州） ， 常可看到廟島群島的幻影 。宋朝時候的沈括 ， 在他的名蓍《夢溪筆談》里就有這樣的記載： “登州海中時有云氣 ， 如宮室臺觀 ， 城堞人物 ， 車馬冠蓋 ， 歷歷可睹 。” 這就是他在蓬萊所看到的上現蜃景 。1933年5月22日上午11點多鐘 ， 青島前海（膠州灣外口）竹岔島上也曾發現過上現蜃景 ， 一時轟傳全市 ， 很多人前往觀看 。1975年在廣東省附近的海面上 ， 曾出現一次延續6小時的上現蜃景 。不但夏季在海面上可以看到上現蜃景 ， 在江面有晨也可看到 ， 例如1934年8月2日在南通附近的江面上就現過 。那天酷日當空 ， 天氣特別熱 ， 午后 ， 突然發現長江上空映現出樓臺城廓和樹木房屋 ， 全部蜃景長20多里 。約半小時后 ， 向東移動 ， 突然消逝 。后又出現三山 ， 高聳入云 ， 中間一山 ， 很象香爐；又隔了半小時 ， 才全部消失 。在沙漠里 ， 白天沙石被太陽曬得灼熱 ， 接近沙層的氣溫升高極快 。由于空氣不善于傳熱 ， 所以在無風的時候 ， 空氣上下層間的熱量交換極小 ， 遂使下熱上冷的氣溫垂直差異非常顯著 ， 并導致下層空氣密度反而比上層小的反?，F象 。在這種情況下 ， 如果前方有一棵樹 ， 它生長在比較濕潤的一塊地方 ， 這時由樹梢傾斜向下投射的光線 ， 因為是由密度大的空氣層進入密度小的空氣層 ， 會發生折射 。折射光線到了貼近地面熱而稀的空氣層時 ， 就發生全反射 ， 光線又由近地面密度小的氣層反射回到上面較密的氣層中來 。這樣 ， 經過一條向下向下凹陷的彎曲光線 ， 把樹的影像送到人的眼中 ， 就出現了一棵樹的倒影 。由于倒影位于實物的下面 ， 所以又叫下現蜃景 。這種倒影很容易給予人們以水邊樹影的幻覺 ， 以為遠處一定是一個湖 。凡是曾在沙漠旅行過的人 ， 大都有類似的經歷 。拍攝影片《登上希夏邦馬峰》的一位攝影師 ， 行走在一片廣闊的干枯草原上時 ， 也曾看見這樣一個下現蜃景 ， 他朝蜃景的方向跑去 ， 想汲水煮飯 。等他跑到那里一看 ， 什么水源也沒有 ， 才發現是上了蜃景的當 。這是因為干枯的草和沙子一樣 ， 可以被烈日曬得熱浪滾滾 ， 使空氣層的密度從下至上逐漸增大 ， 因而產生下現蜃景 。無論哪一種海市蜃樓 ， 只能在無風或風力極微弱的天氣條件下出現 。當大風一起 ， 引起了上下層空氣的攪動混合 ， 上下層空氣密度的差異減小了 ， 光線沒有什么異常折射和全反射 ， 那么所有的幻景就立刻消逝了

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