地理视角看日晕、幻日、环天顶弧....太全了!

article/2025/6/8 5:36:42

前段时间

广东阳春市等地上空还出现了罕见的日晕奇景。

当天,日晕攻陷了微博

那么,这到底是怎么回事呢?

什么是“日晕”

日晕,又叫圆虹 ,一种大气光学现象,是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射而形成的。当光线射入卷层云中的冰晶后,经过两次折射,分散成不同方向的各色光。

有卷层云时,天空中会飘浮着无数冰晶,在太阳周围同一圈上的冰晶,都能将同一种颜色的光折射到人的眼睛里形成内红外紫的晕环,(实际并没有)天空中有冰晶组成的卷层云时,往往在太阳周围出现一个或两个以上以太阳为中心、内红外紫的彩色光环,有时还会出现很多彩色或白色的光点和光弧,这些光环、光点和光弧统称为晕。

为何会出现“日晕”?

晕的现象和我们日常见的彩虹现象有些类似。彩虹是因为大雨过后,天空中还残留着许多小雨珠,这些小雨珠就像一个个小三棱镜,太阳光经过三棱镜的分解,成为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七道彩光,形成了彩虹。而日晕是柱状冰晶体折射引起的。

当天空中有卷层云时,天空中会飘浮着无数冰晶,在太阳周围同一圈上的冰晶,都能将同一种颜色的光折射到人的眼睛里形成内红外紫的晕环。因此,当这些冰晶对光进行折射后,往往在太阳周围出现一个或两个以上以太阳为中心、内红外紫的彩色光环,这就是我们所能见到的日晕。

日晕除了美丽的环形外,有时还会呈现弧状、光点状,甚至是多彩的样子。而这就主要取决冰晶的形状、大小、排列方式以及光的入射角度。

我们最常见的圆形日晕通常为22°晕,据@上海市天气 介绍,还有一些光、晕能与 22°晕单独或组合出现,如:幻日、幻日光环、环天顶弧、环地平弧等。“多日”的学名叫做“幻日”;“白虹贯日”指的是幻日光环;而下图这种“天空的微笑”则被称为“环天顶弧”;燃烧的云彩则是“环地平弧”。

“日晕”对天气有什么影响?

日晕现象的出现常常预示着天气将会发生转变。

民间有“日晕三更雨,月晕午时风”的谚语,其意思就是若出现日晕的话,夜半三更将有雨,若出现月晕,则次日中午会刮风。日晕在一定程度上可以成为天气变化的一种前兆,出现日晕天气有可能转阴或下雨,但说这种现象可以预兆气候的旱涝,地震是没有科学依据的。

日晕三更雨又是什么意思呢?这句话意思其实也很简单,就是当出现日晕的时候,第二天的三更,就非常有可能下雨,这句话有什么科学道理吗?日晕是一种光学现象,日光透过云层的时候,会发生折射反射,尤其是遇到冰晶,经过两次的折射反射,就形成了光晕,而高云里出现冰晶,一般就是天气降温,雷雨天气将到的预兆,因为时间差,所以才有日晕三更雨这种说法。

月晕午时风,其实也是同样的道理。出现在太阳周围的叫日晕,出现在月亮周围的就叫月晕,月晕的形成和日晕也没有太大的差别,都是经过冰晶的折射反射,最后把复合光分解,就形成了我们看到的一圈圈光晕,出现晕的时候,很大的概率是要下雨的,但是出现了月晕,下雨的概率就要比刮风的概率低很多,所以才有这种说法。

幻日(sun dogs)是大气的一种光学现象。

日,顾名思义就是太阳。

太阳是太阳系中最大的物体。

同时,它也是一个发光的球体。

幻日

在天空出现的半透明薄云里面有许多飘浮在空中的六角形柱状的冰晶体,偶尔它们会整整齐齐地垂直排列在空中。当太阳光照射在这一根根六角形冰柱上,就会发生非常规律的折射现象。

简而言之

幻日就是由空气中大量冰晶折射太阳光形成的。

日光是由七种色光组成的;由于不同色光的折射率不同(红光的波长最长,折射率最小,紫光的波长最短,折射率最大,这种折射率随波长变化的现象叫色散),被柱状或汽状的雨滴或冰片折射后,偏转的角度也不同,这样形成的内红外紫的彩色光环,叫晕。

"幻日"现象一般会出现在早晨或傍晚的时候。但一般不会出现在正午,因为正午太阳直射,不满足折射的条件。而且中午的太阳光线太强烈,往往晴空无云或者云量极少。即便有这种现象,肉眼也不可能观测到。

要观察到"幻日"现象需要满足非常严苛的条件。

首先要有卷层云,有云才会形成冰晶;其次云层要薄,透光率要好,这样才能把太阳光折射出来,进而观察得越清晰。

还有很重要的一点,就是太阳与冰晶以及观察者之间的角度要正好,稍微偏一点就看不到。

因此,"幻日"这种大气光学现象极为罕见。

"幻日"现象持续的时间一般不会太长,短则几分钟,长则几十分钟。因为空中的云移动较快,云一走,下一块云覆盖了出现"幻日"的地方,就看不到了。由于幻日是因为天空中规则的六角形冰晶体折射阳光造成的,需要稳定的大气层、适量的云、大量的水汽、冰晶形成角度等条件, 所以只有同时具备了风雪、薄云、和零下三十度以下气温的条件,才能出现这种阳光折射的大气层现象,而且,出现幻日的多少、暗明、大小随着高空小冰柱的分布情况而异。

幻日的种类很多,而且形态各异,颜色不同,重点就在于幻日都是“冒牌货”(假太阳)。

这种”幻日”现象比较普遍,一般肉眼很难观察得到,都是拍完照才发现的。同时小编也亲身感受到了幻日变化之快。在拍摄韩江江景的时候,我为了追求完美,对同一个地方连续拍了两次,时间间隔极小,结果,先拍的那一张有幻日,后一张幻日便消失了,也许当时江边风较大,云的移动速度较快,幻日很快就被下一块云给覆盖了。

天上同时有多个太阳,这听起来应该是只出现在神话传说中的情形。然而,就在10月17日,黑龙江绥化青冈县的天空中就出现了3个“太阳”,有网友拍下了这美丽的奇观。

在视频中,他描述到:“西面有三只太阳,形成漂亮的光环,上空还有一个倒挂彩虹。”

10月17日网友于绥化拍摄

不,这是科学!

从科学的角度来看,太阳系毫无疑问只有一个太阳。这一天空中出现多个“太阳”的奇观其实是一种叫做“幻日”的大气光学现象。

在非常寒冷、出现卷云的高空,分布着大量微小的六角冰晶。当这许多的冰晶在朝阳或夕阳附近时,它们会像三棱镜一样,使太阳光发生折射,形成环绕太阳的 “日晕”。冰晶在下沉时,会整齐地竖直排列起来,从而使太阳光沿水平方向朝左右折射约22°,从冰柱出来的三路光线射到人的眼睛中,中间那路太阳光线,是由中间位置的太阳直接射来的,是真正的太阳;旁边两条光线,是太阳光经过六角形晶柱折射而来的。这样,在人们的眼中,在中间真太阳的两边就出现了另外两个太阳,它们实际上是太阳的虚像。

出现“幻日”现象需要满足非常严苛的条件。首先要有卷层云,有云才会形成冰晶;其次云层要薄,透光率要好,这样才能把太阳光折射出来;还有很重要的一点,就是太阳与冰晶以及观察者之间的角度要正好,稍微偏一点就看不到。

大气中冰晶折射与反射形成的各种日晕模拟图

幻日折射模拟图

“幻日”并不罕见

其实在东北地区,出现这种“幻日”的奇观已不是第一次:

1971年5月5日9时,我国小兴安岭上空10日并现,人们无不称奇。

1975年2月18日11时30分,辽宁省本溪市出现了3个太阳。

1985年月3日11时,刘贵在黑龙江省绥化市画下了5日并现的图像,图像在刊物上发表。谭老师地理工作室综合整理

2007年11月15日下午3时许,哈尔滨天空中出现了两个“太阳”

2011年1月,吉林市普降小雪,下午1时许,天空中便形成3个太阳齐在天空的景像。

这样的多日并现现象还可以举出许多。仅在今年,我国境内就出现了5次幻日现象。

在世界其他地区,也有对于幻日现象的记载:

1661年2月20日,波兰格但斯克出现了7个太阳并现的奇景。

1790年7月18日,俄国圣彼得堡出现了6个太阳。

1866年4月的一 天,俄国乌克兰地区的人们看到了8日并出的景象。

1970年12月3日,有人画下了加拿大萨斯卡通8日并现的图像。

2015年11月23日,俄罗斯西伯利亚上空看起来有3个太阳同时出现在空中。

1866年乌克兰八日并现示意图

出现在世界各地的“幻日”

由此可见,虽然幻日形成的条件十分严苛,但也并非百年难得一见。或许某一天,我们也能亲眼见到这绝美的幻日奇观。

“日晕”通常出现在离地面6~8千米的卷云上。卷云薄而均匀,通常由冰晶体构成。这些冰晶体折射或反射阳光就会形成“日晕”。至于“日晕”是环状的?弧状的?是光点?还是多彩的?就主要取决冰晶的形状、大小、排列方式以及光的入射角度。

简单的日晕很多人都见过,如全球各地一年四季都可以出现的“22°晕”,这是由观测者对晕环所形成的视角半径而得名的。我们可以通过简单的动作判定22°晕,如果伸直手臂,张开五指,大拇指尖对齐太阳,小指尖所对的差不多就是22°晕。

“ 22°晕”色彩鲜明﹐内红外紫,红色往往表现得较清晰而紫色不明显。出现 22°晕的卷云中存在数以百万计的六角柱状冰晶,大家可以想象2B铅笔的形状,当六角柱状的垂直轴,相当于铅笔笔芯垂直于太阳光时,光线经过冰晶发生折射和色散就形成了 22° 晕。晕的颜色分布与冰晶的大小具有明显的相关性,冰晶较大、个体和分布越均匀,晕的颜色就越鲜艳清晰。

有一些光、晕能与 22°晕单独或组合出现,如:幻日、幻日光环、环天顶弧、环地平弧等。“多日”的学名叫做“幻日”;“白虹贯日”指的是幻日光环;而下图这种“天空的微笑”则被称为“环天顶弧”;燃烧的云彩则是“环地平弧”。

出现 “环天顶弧”的卷云是由扁平的六角片状冰晶组成,光线从冰晶的上平面进入,经折射从侧面射出,表现为靠近天顶的接近半圆的彩弧。弧的大小常会随太阳高度变化而变化,太阳越高,弧半径越小;当太阳高度高于32°时,它就消失不见。所以在中纬度地区,环天顶弧主要出现在早晨和傍晚。

“环地平弧”也出现在具有扁平六角片状冰晶的卷云上,位置接近地平线。是光线从冰晶的侧面进入,在下平面射出。环地平弧更多的出现在中午前后,且主要出现在夏季的中纬度地区,越往两极越少见。

偶尔仰望天空,这些美丽的光学现象会让我感到惊喜,但有一些光晕带给我们则是震撼,让人感叹自然的神奇:这张相片中组团出现了10种不同的光晕,非常罕见,拍摄者Joshua Thomas显然非常好运!(据说吉尼斯世界纪录中最壮观的冰晕是由24种光晕组成。)

除了揭示各类被观测到的大气晕族现象原理,科学家和爱好者们也推测出一些并未被实际观测到、但理论上可能存在的晕族。这张由科幻插画家罗恩 米勒(Ron Miller)创作的火星天气,通过对干冰晶体的合理想象绘制了火星上的晕,或许将来有一天人类真的可以在火星或者别的星球上一睹这样的奇观!

简单的“晕”折射了人类认识自然世界的过程,愿我们秉承好奇与热爱、怀疑与理性思考、求真与去伪的科学探索精神,破旧立新,怀着敬畏之心来欣赏自然的壮观与美丽。

写在最后:

期待同学们在下方留言打卡


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