大气光现象与天气谚语

天气谚语是经验性的表达，能够以习语或歌谣的形式预测未来天气的变化。它们因果关系清晰，句子简洁，是中国民间特有的宝贵文化财富。许多天气谚语与大气中的光现象密切相关，并包含丰富的物理真理。在大力提倡素质教育的今天，引导学生用物理知识分析天气谚语是一种有益的尝试。

首先，大气中的光现象

大气由空气分子和水滴、冰晶和其他气溶胶粒子组成，它们都与光波相互作用。由于大气的不均匀性和大气的复杂运动，大气对光的折射、衍射、散射和吸收是复杂多变的，从而形成了丰富多彩的大气光现象。肉眼可以直接感觉到的大气光现象可以分为三类:

1.大气中的光散射

当我们避开太阳看天空时，我们看到了蓝天。也就是说，来自天空的光从那个方向进入我们的眼睛。太阳发出的光改变了天空某处的方向。否则，我们只能看到星际空间的黑暗或来自遥远星球的光。事实证明，当光穿过地球周围的大气层时，当它遇到大气分子或气溶胶粒子时，它会与它们相互作用，向各个方向发射与入射光频率相同的光，但强度较弱(称为小波)，这称为光散射。在洁净的大气中，大气中的气体分子在散射中起主要作用，并且发生分子散射(或瑞利散射)。散射光均匀对称分布，散射光强度与人体发射波长的四次方成反比。因此，在大气分子散射的太阳光中，紫色、蓝色和青色的光比绿色、黄色、橙色和红色的光更强，最终这种组合效应使天空看起来是蓝色的。然而，当大气非常混浊，大气中悬浮粒子大量增加时，主要影响是散射光强度分布不对称的米氏散射。米氏散射对入射波长的依赖性不明显，因此天空呈现蓝灰色，甚至地平线上出现不透明的灰白色。微光是大气散射的另一种现象。当太阳低于地面时，阳光不能直接到达地面，但它能照亮地面上的大气，使天空明亮。黄昏是指黎明和黄昏之间的光线。

2.光在大气中的折射

当光在大气中传播时，大气可以被看作是一种连续的介质。大气的折射率取决于大气中水蒸气的温度、压力和分子密度。一般来说，地球上空气的密度随着高度而变化，折射率随着密度的降低而降低。因此，当光在大气中传播时，它将通过不同密度的大气层在每一层的界面处折射，使得光不是沿着直线传播而是弯曲。这样，当我们观察太阳、月亮或其他恒星时，光从大气层外层进入大气层的轨迹是一个向地面弯曲的弧形。然而，就人们的主观感受而言，他们总是认为光是沿直线传播的，因此天体的真实方向和表观方向之间存在一定的夹角(称为空气覆盖层和大气之间的差异)。也是由于大气的折射，在日出时太阳到达地平线之前，我们已经可以看到太阳了。日落时，当太阳刚刚落到地平线以下，我们仍然可以看到它。

由于大气中气压、温度和湿度的分布非常不均匀且不断变化，大气折射率的分布和变化实际上相当复杂，从而形成各种折射现象。例如，当大气中温度的垂直分布异常时，就会引起空气密度的异常垂直变化，从而产生异常折射。来自远处目标的光可能在另一个高度被完全反射，所以除了看到它自己的物体，它还能看到它的反射图像，这就是我们通常所说的“海市蜃楼”。

3.云中的光和云

云雾中有大量悬浮的水滴和冰晶。当光穿过云雾时，不同大小的水滴对光的传播会有不同的影响。光将在大水滴的表面折射和反射，对于一定尺寸的小水滴将发生衍射，对于接近光波长的小水滴将发生散射。因此，随着云雾降水的发展，形成了多种光学现象，其中最常见的是彩虹、晕和晕。

彩虹是由太阳光线在大气水滴表面的折射和反射造成的。光线碰到雨滴后，会在雨滴表面折射，各种颜色的光线会偏离。其中，紫色光的折射度最高，红色光的折射度最低，其他各种颜色的光介于两者之间。折射的光会再次反射和折射到我们的眼睛里。因为空气中悬浮着许多雨滴，当我们仰望天空时，同一圆弧上的雨滴反射出相同角度的不同颜色的光，所以我们可以看到内部紫外和外部红色的彩色光带，即彩虹。如果光线在雨滴中二次内反射后折射到我们的眼睛，光弧带正好与彩虹相反，被称为二次彩虹或氖。

大量微小的水滴或冰晶分布在云中。当水滴的直径只有光波直径的几倍到十倍时，入射的阳光和月光将在云中衍射，在阳光和月亮周围可以看到小的彩色环。这种现象被称为电晕。由于各种颜色的光在衍射现象中受到的影响不同，光晕是有色的，内环是蓝蓝色(紫色不明显)，外环主要是黄色，外环是红色，水滴越小，花环越大。因为阳光太亮，一般不容易观察到日本和中国，而月华更常见。

如果天空中有卷层云，当阳光或月光穿过云层中的冰晶时，就会发生折射和反射，从而在太阳或月亮周围产生彩色环。这个七色环被称为太阳光环或月球光环，统称为光晕。光晕的颜色顺序与彩虹相反，内红外紫。有许多类型的晕圈，其中一些是环形的，被称为“圆形晕圈”。有些是弯曲的，叫做“尔”；其他的以光点的形式出现，被称为“魔法日”或“假日”。

二、相关天气谚语的分析

大气中不同的光现象反映了大气不同的状态分布和微物理结构。许多大气光现象与天气过程有关，可以作为未来天气的标志。基于此，劳动人民在长期的实践中总结归纳了许多气象谚语。

1.与大气中光散射相关的谚语

黄昏和黎明时，阳光斜着穿过大气层，在低层大气中有一条很长的光路，只有通过大气中的空气分子、水蒸气和尘埃粒子的散射和吸收，才能到达人们的眼睛。天空中有时会出现彩云。一般来说，在日出和日落的方向上，从地面到天顶，霞多丽的颜色排列在地面附近是红色的，逐渐变成橙色、黄色、绿色和蓝色。当大气中的湿度很高时，或者当系统云系统移动得更近时，许多更大的水滴将悬浮在空气中，这些不同大小的水滴对各种颜色的光有不同的散射效果。大气中水蒸气越多，霞多丽的颜色就越亮。我国大部分地区的降水天气主要来自两个方向:一是受西风带影响，系统天气过程由西向东移动，形成系统降水天气。二是受空气对流影响的对流降水过程。随着日照增加，空气对流增加，经常在中午左右形成局部降雨。夏天的早晨，低空空气稳定，几乎没有灰尘。如果那时有鲜红的云，那就叫枣霞。这意味着在东部低空有许多水滴和云。当太阳升起时，热对流将逐渐发展到水平地面，云将逐渐闭合。坏天气将逐渐逼近，预示着天气将转为阴雨天气。晚上，当白天温度相对较高时，低空大气中的水分含量一般不是很大，但由于弱对流，灰尘可能会集中到较低的水平。因此，如果有明亮的晚霞，它主要是由于阳光被干燥的颗粒如灰尘散射而引起的，这表明我们西部上游的天气已经放晴或云层已经破裂。根据气流从西向东流动的规律，未来当地天气会放晴。因此，谚语说，“日出不出屋，日落不出屋，远在千里之外”，还有谚语说“日出时有点红，无风无雨”，“日落阳光灿烂，色彩斑斓，你可以呆很长时间”，“早烧不出屋，晚烧传千里”。

2.关于光在大气中折射的谚语

光穿过大气层时会折射。我们经常会看到星光的位置和亮度不断变化和闪烁。这是因为大气中存在湍流，这使得大气中有许多微小的气体块，这些气体块不断变化，其折射率与周围大气的折射率非常不同。当光通过这些小气体块时，光传播的方向和强度会瞬间改变，使我们感觉到恒星在闪烁，有时我们可以看到颜色的变化。星光闪烁的程度反映了大气的物理状态。如果夏季夜晚天空中星光闪烁，表明大气扰动严重，预示着不久将有风雨。星星开始闪烁，风和雨从哪里来。如果星星在天空闪烁，风和雨可能会在早上来临。因此，有一种天气说法是“星星闪烁，雨也不远”。

3.云和云中与光现象相关的谚语

云雾中的水滴和冰晶会导致彩虹、光晕和其他光现象。

彩虹的出现与天气变化密切相关。我国大部分地区处于中纬度，系统降水天气大多由西向东移动。因为彩虹都出现在太阳的相反方向，如果早晨西方天空出现彩虹，说明西方大气中有大量的水滴，当天气系统由西向东移动时，会局部下雨；如果你在晚上看到东方的彩虹，这意味着东方大气中有很多水滴，而西方已经变晴了。由于天气系统向东移动，这里未来不会下雨。因此，在我国广为流传的说法是“东虹太阳西虹雨”，“东虹在，雨就冲了；有谚语，如西方的彩虹和人们穿着蓑衣雨衣。《诗经》中的“面朝西方肚脐，拜雨水”也有此意。

光环是由于卷层云的存在而产生的，而卷层云通常出现在气旋的前面。在前方数百公里以外的后方，是由前方造成的雨云区。随着地面移动得越来越近，伴随的天气将是越来越低的云层，更强的风和降水。因此，太阳光晕和月亮光晕的出现意味着天气很快会有暴风雨，俗话说“太阳光晕会在半夜下雨，月亮光晕会在中午刮风”，“月亮会被连枷，大雨会落下”，“月亮会有毛，大雨会冲刷沟渠”。当然，这并不意味着光环的出现一定是下雨的征兆，光环的出现一定是刮风的，这取决于其他天气条件。如果只有气旋的边缘经过这里，可能不会有雨，但是云会变厚，风会变大，风向也会改变。卷层云也存在于热带气旋的外缘，也会变弱。因此，在台风季节，当低纬度地区的天空出现卷云和光晕时，这可能是台风即将来临的迹象。

华是由衍射引起的。光通过小水滴或小冰晶的衍射基本上类似于夫琅和费衍射。彩色圆圈的大小显示了云中水滴或冰晶的大小。较大的日光层是晴朗天气的标志，这表明水蒸气正在蒸发，蓝天将变得更加清晰。日冕收缩意味着下雨。如果太阳在下午闪烁绿光，表明天气相当好，这种情况至少可以维持24小时。因此，有一句谚语叫“大话清，于晓华”。

当然，天气谚语通常有地区性和季节性的限制，人们通过视觉和感觉来预测天气。然而，天气是一个不断运动和发展的复杂系统。天气谚语是一种相对通用的表达方式，可能会导致天气预报的偏差。因此，天气谚语必须结合理论和实践进行分析和验证，并因地制宜地正确应用。