太阳彩环(别再把它们都叫做圆形彩虹啦)
太阳彩环(别再把它们都叫做"圆形彩虹"啦)
你是否在天空中看到过一圈或几圈的彩色光环?它们是圆形的彩虹吗?可能是,但也可能是日晕、日华或佛光。这些美丽的大气光学奇观,你都认识吗?
下面展示了它们的正面照片,试试看你能不能分清它们~
【答案】
日华、日晕
佛光、彩虹
彩虹、日晕、日华和佛光,乍一看都是阳光在大气中发生色散后进入人眼而形成的彩色光环,但仔细看会发现它们在形态上就有区别,而且形成原理也是不一样的。
今天的文章将围绕这四种大气光学奇观,介绍以下问题:
如何区分虹、晕、日华和佛光?
这些奇观分别是怎么形成的?
它们和天气有什么关系?
01
如何区分虹、晕、华和佛光
先来介绍长得最相似的虹和晕,它们都是光线经过折射和反射后形成的现象。
①虹(rainbow)
虹,是太阳光经过大气中的水滴(雨滴或雾滴)的折射和反射后,形成的外红内紫的光环。
有时在虹的外侧还能看到第二道虹,光彩比第一道虹稍淡,色序是外紫内红,这就是副虹或霓。霓和虹的区别在于光线在水滴里多产生了一次内反射,所以我们最终看到霓的光弧色带就和虹正好相反。
完整的彩虹其实是一个圆环,但为什么我们看到的彩虹通常是半弧形的呢?
这是因为地平线挡住了它的下半部分。如果想看到完整的彩虹,就要站得更高。太阳高度也会影响人看到彩虹弧度的多少,太阳高度越低,彩虹的底部越高,人能看到的彩虹也就越完整。
②晕(halo)
日晕出现在薄如丝缕的卷层云中
日晕和彩虹其实很好区分,彩虹在太阳对面的空中,需要背对着太阳观察,而日晕分布在太阳四周,所以往往很难直视。除了有日晕,月亮周围也可以形成月晕。
晕通常出现在离地面6~8千米的卷层云上。卷层云薄而均匀,由大量冰晶构成,当光线穿过云层,被其中的冰晶折射和反射后,就会在太阳或月亮周围出现一个或一个以上、内红外紫的彩色光环,有时还会出现一些彩色或白色的光斑和光弧,这些光环、光斑和光弧统称为晕。
晕的形状,主要取决冰晶的形状、大小、排列方式以及光的入射角度。
我们最常见到的是22°晕(22°为视半径,即观测者的视线从日月到光环间的夹角是22°),它是光线经过六角柱状冰晶两次折射后色散形成的。
日华和佛光常常是一圈圈的彩色光环,它们的形成更为复杂,是光线经过衍射、散射等过程产生的。
③华(corana)
被小道具"粘住"的日华,是不是有点像彩虹棒棒糖
当太阳光或月光穿过薄云(一般是高积云),受到均匀分布的水滴或冰晶的衍射和散射,会紧贴着太阳或月亮周围形成一圈圈彩环,这就是华。
因日光太亮,人们不易观察到日华,月华则比较常见。华有一个非常明亮的中央晕,几乎是白色,边缘有黄色和红色,外围是一圈圈内蓝外红的光环。
④佛光(glory)
当人们站在云雾萦绕的山顶,背向太阳而立,山巅之上是晴空,山巅之下是云雾,就可能在云雾幕上看到一圈圈彩色光环围绕在自己的影子四周,"光环随人动,人影在环中",这就是佛光,也叫宝光。
当人背对着太阳,在阳光的照射下会形成人影投射到云雾幕上,同时阳光又照射到影子附近的云雾滴上,经过散射、衍射等复杂过程,便在人影周围形成一圈圈的彩色光环。
从飞机上也常常能看到佛光
【小结】
02
四种奇观的形成原理对比
首先,四种奇观的形成条件都包括:
①空气中必须有足够的水汽,换句话说,天空中要有适量的云或雾。云雾太少,水滴或冰晶不足,光线就无法通过水滴或冰晶产生折射、反射、衍射等现象;云雾太多太厚,光透不过去也不能产生这些现象。
②风比较小,大气层比较稳定,否则规则排布的水滴或冰晶就会被打乱,形成不了有规律的光学现象。
而它们的区别在于,虹、华和佛光都可以经水滴色散形成,差别在于水滴大小。
虹一般是经过雨滴折射和反射形成的,水滴较大,因此衍射不明显;
而华和佛光由经过更微小的水滴衍射和散射而成,呈现更复杂的多圈光环。(光的衍射指,当遇到极小的障碍物时,光波会绕过障碍物的边缘到达障碍物后。)
而晕只能通过冰晶的折射和反射形成,而冰晶往往在高空云层中存在。
03
大气光学奇观和天气的关系
大气光学现象的产生和气象条件有关,因此它们在一定程度上可以成为天气变化的一种前兆。我国民间就有一些谚语,总结了人们通过这些异象预测天气的经验。
①"东虹日出西虹雨"
这条谚语是根据虹出现的方向来推断未来天气是晴还是雨。由虹的形成原理可知,虹出现的方向就是水滴存在的方向,虹在东方,表明东边大气里有较大的水滴存在,虹在西方同理。
我国大部分地区处于西风带,天气系统一般是由西向东移动的,东边的云雨区会逐渐向东远离,所以影响不到本地,而西边的云雨区向东靠近本地,则很容易带来降雨。
②"日晕三更雨,月晕午时风"
晕的形成需要在高空中存在由冰晶组成的卷层云,而卷层云通常出现在低气压的前部,在它的后面就是造成降雨的高层云和雨层云。如果低气压的大风区经过本地,则还会有大风出现。当然,这条谚语并不一定就是指日晕预示下雨,月晕预示刮风,只是说风雨即将来临了。
冷暖气团相遇时,卷层云出现在高空
③"天上烧饼大变小,天气好不了"
所谓"烧饼",指的是日华及月华。这句话的意思是,华的华环由大变小(并由明显变模糊),可以预示天气将转阴雨。因为华环大小与云里水滴、冰晶的大小成反比。如果华环直径在缩小,表明云里水滴、冰晶在逐渐增大,云层逐渐增厚,天气将转阴雨。
04
来做题吧
"日晕现象是太阳光通过云层时,受到冰晶的折射或反射而形成的大气光学现象,往往预示着天气的变化,民间有"日晕三更雨"的谚语。山东烟台市是"日晕"现象多发区,春夏之率最高,2020年4月16日11时,山东烟台市上空出现日晕奇观,16日20时烟台市风力开始增加,气温开始下降,22时天空中飘起了小雨。据此完成下列小题。
1.烟台日晕现象发生时未产生降水,所缺乏的降水条件是(单选)
A.水汽含量不足
B.空气下沉增温
C.空气上升冷却
D.凝结核缺乏
2.导致烟台该日"三更雨"的天气系统最可能是(单选)
A.冷锋
B.暖锋
C.气旋
D.反气旋
3.烟台在春夏之交多发生"日晕"现象,与下列因素关系最大的是(单选)
A.地理位置
B.地形条件
C.天气状况
D.人类活动
【答案】
1.C
根据材料:"日晕"现象是太阳光通过云层时,受到冰晶的折射或反射而形成的大气光学现象",可知高空中有冰晶,即意味着有大量水汽凝结,说明空气中水汽较充足,但大气的凝结量不够,不足以降落下来,故烟台"日晕"现象发生时未产生降水,所缺乏的降水条件是还需要空气进一步上升冷却,导致大量水汽凝结,在重力作用下才能降落到地面。C正确,ABD错误。故选C。
2.A
根据材料,烟台16日11时出现日晕,20时风力开始增加,气温开始下降,22时开始下雨,加之高空中有冰晶,表明空气中水汽较充足,根据冷锋天气过境时的特征,判断其为冷锋天气。A正确,B错误。气旋过境时气温会上升,过境后气温才会有所下降。C错误。反气旋过境一般形成睛朗少雨的天气状况,D错误。故选A。
3.A
烟台在春夏之交多发生"日晕"现象,主要是因为烟台位于中纬度的沿海地区,春夏之交冷暖空气活动频繁,加上空气中水汽含量较高,极易受气旋和冷锋天气影响出现"日晕"现象。A正确,BCD错误。故选A。
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