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本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
海市蜃楼（mirage），简称蜃景，是一种因远处物体被光折射和全反射而形成的自然地理现象，可在陆地或海上被观测到，常见于海洋和沙漠地区；其产生原理是太阳使地面温度上升后形成的一种气温梯度，由于密度不同，光线会在气温梯度分界处产生折射现象。[1-2][4][8-9]
海市蜃楼主要有上蜃、下蜃、侧蜃、正蜃、顺蜃、反蜃、彩色蜃景、非彩色蜃景等类别。[4]其主要特点是在同一地点重复出现并且出现的时间较为一致。其主要形成条件要求大气较为稳定、有强烈的逆温层，风力较小，大气密度有明显的变化。[3]
- 海市蜃楼
- mirage
- 蜃景
- 地理位置
- 常见于海洋、沙漠[1]
- 原 理
- 光的折射、反射
- 基本定义
- 大气光学现象[2]
- 所属学科
- 地理学
目录
提起海市蜃楼，中国人往往把它视为空中楼阁、神仙福地；外国人则常常把它看成妖魔的化身或杰作。[10]
中国有关海市蜃楼的记载，最早可追溯到西汉司马迁的《史记·天官记》：迁纸己“海旁蜃气像楼台，广野气成宫阙然，云气各像其山川人民所积聚”。[5]《史记·封禅书》：“自威、宣、燕昭，使人入海求蓬莱、方丈、瀛洲。此三神山者，其传在勃海中，去人不远，患且至，则船风引而去。盖尝有至者，诸仙人及不死之药在焉，其物禽兽尽白，而黄金白银为宫阙。未至，望之如云；及到，三神山反居水下；临之，风辄引去，终莫能至。”准确、形象地表明了蓬莱海面上现蜃景和下现蜃景的变化情况。[10]
北宋，沈括在《梦溪笔谈》中描写道：“登州海中，时有云气，如宫室、台观、城堞、人物、车马颂酷故、冠盖，历历可见。”
西晋，文学家木华在《海赋》中记载签匪润：蜃楼“群仙缥缈，餐玉清涯”估垫。[10]
明代，陆容编篡《菽园杂记》记载：“蜃气楼台之说，出天官书，其来远戏欠矣。或以蜃为大蛤，月令所谓雉入大海为蜃是也。或以为蛇所化。海中此物固多有之。然海滨之地，未尝见有楼台之状。惟登州海市泪盛微员，世传道之，疑以为蜃气所致。苏长公海市诗序谓其尝出于春夏，岁晚不复见，公祷于海神之庙，明日见焉。是又以为可祷，则非蜃气矣。”
最早以科学眼光看待海市蜃楼自然现象的是西方一本名叫《北方捕鲸航行日记——格陵兰东海岸科学考察及见闻》的船舶杂志，这本杂志中详细记载了1820年夏天，芭沃菲船长目击到的“飘浮”在空中的大城市、层层叠叠的教堂和城堡。[13]
得名由旋备项来
据说很久以前，海里有种大牡蛎，其名为蜃，善吐气。吐出的蜃气会显现出亭台楼阁的画面，有时甚至能出现往来熙攘的人群，渺渺如仙境，这就是蜃气、蜃景、蜃楼、海市等名字的由来。[5]海市蜃楼带有各种神秘色彩。比如数千年前秦皇汉武使人寻海外仙山以求得长生大道，很可能就是受其影响。甚至千年后的白居易在描述唐明皇与杨贵妃虐恋情深的《长恨歌》中也化用了这段典故：“忽闻海上颈体笑有仙山，山在虚无缥渺间。楼阁玲珑五云起，其中绰约多仙子。”[5]
比如英文中有种海市蜃景名叫Fata Morgana，它来自意大利语中女巫莫佳娜（Morgan le Fay）——故事中亚瑟王时期的著名女巫的名字。传闻在亚平宁半岛和西西里岛之间的墨西拿海峡上，人们经常看到海面上耸立起形态各异且不断变化的城堡，当地人便认为是传说中的女巫莫佳娜在施魔法，于是将这种现象称为“Fata Morgana”。[5]
海市蜃楼的形成与天气形势、气象条件、地理位置等有密切联系。根据资料分析，海市蜃楼出现的前一天都伴有明显的降水、降温天气，气温普遍比前一天明显偏低。[11]
海市蜃楼多发生在范围广、下界面比较单一、没有太多建筑的地带，尤其是沿海、海洋和沙漠地区。[11]
海市蜃楼形成的地理环境需要充足的光，不同密度的空气介质层，且呈现的内容都是真实存在的，要求大气较为稳定、有强烈的逆温层，风力较小，大气密度有明显的变化。[3][5]
现象释义
海市蜃楼是太阳光线经过不同密度的空气层时发生显著折射，把远处景物显示在空中或地平线以下的奇异幻景。[10]
远处物体发射或反射的光，经过各种不同密度的空气层，就会发生折射和全反射，远处景物经过折射、全反射后，映入观察者眼中，形成人们看到的海市蜃楼。[10][12]
光学原理
海市蜃楼出现的原因可以运用物理学中的光学原理来解释。在自然界中，光在均匀的介质中通常是沿着直线进行传播的，假如光的介质密度出现了变化，光路就会随之产生改变。当光从光密介质射向光疏介质时，入射角就会不断增加，此时折射的光线强度会不断减小，反射的光线强度增加。假如介质的折射率为n，折射角度为90°，入射角i≤C时，就会产生全反射。这时，折射的光线就会消失，而反射光线的强度最强，地面物体反射的光会在空气中传播并发生折射，由此形成海市蜃楼。[14]
上现蜃景
上现蜃景多在有暖空气移来的冷水面地区或寒带、极地海洋地区出现。接近冷水面的空气冷却降温，下冷上热，其间温度变化剧烈，梯度很大，低层空气密度比上层大得多；太阳光线向下面空气密度大的一方折射，使远处的目标物向上抬升显现在实际位置的上方，这样，处在远处的目标如海岛、船只、海冰等景物看起来似乎在天空中；当上蜃充分发展时，还可以看见远在地平线以下，正常情况下根本望不到的舰船或景物。[10]
下现蜃景
下现蜃景常出现在下热上冷的海面或陆地上空。当冷空气移到暖水面，或炎炎似火的赤日烧热水面、海滨及沙漠时，大气低层温度高、密度小，上层温度低、密度大，射到底层的阳光便会折回上层空气，使陆面或海面上的景物下降到地表面的下部，看起来远处的景物处在地平线以下，有时呈倒立状态；在发展完好的下蜃中，人们有时甚至看不到在地平线上的目标。[10]
复杂蜃景
复杂蜃景，又名女妖摩甘纳，是由于与下现蜃景类似的不稳定状态及空气不规则流动而产生的。原指在地中海的意大利西西里岛东北墨西拿海峡出现的蜃景，它把海峡对岸的悬崖和房舍现成各式各样奇特的船楼，一会儿升上云天，一会儿又沉映在海面。[10]
这种复杂蜃景在世界许多海洋都会出现。在北冰洋，一望无际冰雪封冻的洋面，忽然会变成矗立在眼前的一堵冰墙；凹凸不平高低错落的水面，转瞬间变成堆砌的城墙和突出的城堡；即使平滑如镜的冰面，也会变得七拱八翘，像从半天空中恢弘倾泻的瀑布。[10]
主要特点
海市蜃楼的主要特点是在同一地点重复出现并且出现的时间较为一致。[3]
真假判定
第一，看时机。如果是阴天、夜晚、雨天、多云天、大雾、大风天等缺乏光照的天气情况下拍摄的，则为假海市蜃楼。[5]
第二，看地点。如果发现拍摄地点位于高楼林立的城市中心、参天大树密布的树林里等视野并不开阔的地方，则为假海市蜃楼。[5]
第三，看成像。如果成像特别大，严重超出该物体在人的眼睛能看到的尺寸大小，则为假；如果成像是倒立的，同时离地平线较远，则为假；如果成像是地球上不存在之物，则为假。[5]
自然界中海市蜃楼现象并不多见，对该现象的研究存在一定的困难，在实验室里可以实现蜃景的模拟演示。具体做法是将一个前、后透光的金属外壳中，放置一个透明的玻璃池，玻璃池中可以装入透光介质。在水槽的后面载物台上放置一个景物。景物的斜上方安装有一个光源。光源发出的光正好照射在景物上。光线被景物反射后通过水池中的介质，光线通过介质时与介质相互作用，观察者在玻璃池前端观察窗中能看到景物所成的像。[15]
实验情况
蓬莱古称登州，自古以来就有很多关见到海市蜃楼的记载。如北宋·沈括在《梦溪笔谈·异事》中记载，“登州海中，时有云气，如宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖，历历可见，谓之海市。或曰蛟蜃之气所为，疑不然也。”而关于蓬莱蜃景记载中最有名气的当推在登州做过五日知州的苏轼，他还专门写了首《海市诗》。[5]
蓬莱北部有一串名为长岛的岛屿，为海市蜃楼的出现提供了客观物；而且这里的海面容易形成相对稳定、规则、呈水平状态分布的空气密度层面，再加上单位垂直距离内温差较大，也为光的折射提供了理想环境。有研究将1980年至2007年期间，在蓬莱北部海域发生的有记录的37次海市情况进行季节性分析发现，5-7月是出现频次最高的月份。[6]
1596年，为在极地寻找东北航路，荷兰航海家威廉·巴伦支发起了第三次极地探险活动，当走到俄罗斯北部的新地岛（NovayaZemlya）附近时，他们遇上了极地的冬天，不得不停留下来等待冬季过去。就在1597年1月24日，有船员声称看到了太阳，而当时极夜还未结束，距离太阳的回归应当还有两周左右。三天后，太阳再度出现了，这次多数船员都看到了，于是被记录了下来。但由于太过匪夷所思，当时的人们和科学家并不相信他们船员们真的看到了太阳。直到几百年后，英国南极探险家沙克尔顿在他1915年最后一次探索南极洲时，再度看到这一奇观。这次，太阳在最后一次日出后的第七天，又出现在了地平线附近。之后，科学家就将这类现象以其第一次被记录的地方命名为“新地岛效应”。[5]
有研究认为，当大气中出现体量庞大的逆温层，且光在逆温层上下的其他空气层中折射率低于1、同时被反复折射的光能量足以支撑它以近似地球曲率的折射曲率前进时，就可能产生像挥舞长条彩带一样的效果，足以让光将远在地球之外天体的蜃景“投递”到面前，则会产生新地岛效应。[7]