大气的光与色彩

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1、第五章大氣的光與色彩第五章大氣的光與色彩5-1大氣的反射、折射、繞射和散射大氣中的氣體、水滴、冰晶對光會產生反射(圖5-1，圖5-2)、折射(圖5-3，圖5-4)、繞射(圖5-5)、散射(圖5-6)等效應，形成各種有趣的光學現象[1]()。大氣溫度或密度的變化也會產生幻象，如海市蜃樓。圖5-1反射(圖片來源：Ahrens，p.82，Fig.4.1)圖5-2陽光線受雲的反射圖((圖片來源：Ahrens，p.83，Fig.4.2))網頁P(1)第五章大氣的光與色彩圖5-3折射(圖片來源：Ahrens，p.93，Fig.4.21)圖5-4陽光經過大氣層產生折射(

2、圖片來源：Ahrens，p.88，Fig.4.12)圖5-5繞射(圖片來源？)網頁P(2)第五章大氣的光與色彩圖5-5陽光經過大氣層產生散射(圖片來源：Ahrens，p84，Fig.4.4)5-2冰晶產生的現象1.反射如果大氣中存在許多片狀冰晶，若由飛機上或高山上往下看，這些片狀冰晶宛若水面(圖5-6)，反射太陽光，呈現太陽倒影(subsun)(圖5-7)。圖5-6片狀冰晶宛若水面，反射太陽光((圖片來源？)Asubsuniscausedbyhorizontally-floatingiceplatecrystals.Themillionsofcrystal

3、sact網頁P(3)第五章大氣的光與色彩Asubsuniscausedbyhorizontally-floatingiceplatecrystals.Themillionsofcrystalsactasamirror,reflectingthesunlight.Themorealignedthecrystalsare,themoresharplydefinedthesubsunwillbe.Theeffectisrelativelyrare,onlybecausetheicecloudhastobebelowtheobserver,likeanairpla

4、neflightorfromanotherelevatedposition.圖5-7太陽倒影(圖片來源？)2.折射當光從一個介質進入另一個介質，行進方向會改變，為折射。冰晶折射產生的現象，如日暈、月暈。六角形的冰晶柱，宛如三稜鏡(圖5-8)。當冰晶柱的軸與光前進方向垂直，產生約22o的折射；若是平行則產生46o折射。如果大氣中佈滿小冰晶柱，且軸的方向一致，日光或月光穿透時被折射，在太陽或月亮周圍形成光環，稱為日暈或月暈(圖5-9，圖5-10)。由於紅色光折射程度最小，藍色光最大，日暈、月暈內環為紅光，外環為藍光(圖5-11)。天晴、有卷雲的夜晚，常見月暈(

5、因為卷層雲內都是冰晶)。暈多為22o，甚少46o。如果是大冰晶片，則見不到整個光環，只在水平方向，22o方位角有兩個光點，看起來像三個太陽，成為幻日(sundogs)(圖5-12，圖5-13)。A.D.40時，羅馬人就已觀測到幻日，視為不祥之兆。由於冰晶反射陽光，會發生日柱(Sunpillar)(圖5-12，圖5-14)。網頁P(4)第五章大氣的光與色彩圖5-8暈的成因(圖片來源：Ahrens，p.92，Fig.4.19)圖5-9日暈(圖片來源：Ahrens，p.92，Fig.4.18)網頁P(5)第五章大氣的光與色彩圖5-10日暈(圖片來源：Ahrens

6、，p.93，Fig.4.20)網頁P(6)第五章大氣的光與色彩圖5-11暈的內環為紅光，外環為藍光(圖片來源：Ahrens，p.94，Fig.4.22)圖5-12暈(halo)、幻日(sundogs)、日柱(sunpillar)示意圖(圖片來源：Ahrens，p.95，Fig.4.25)網頁P(7)第五章大氣的光與色彩圖5-13幻日(sundog)(圖片來源：Ahrens，p.94，Fig.4.23)圖5-14日柱(圖片來源：Ahrens，p.95，Fig.4.24)5-3水滴產生的現象1.彩虹(rainbows)在希臘神話之中，Iris彩虹女神，上帝的使

7、者，帶來戰爭及死亡的信息。對非洲、美洲土著而言，彩虹則代表大蛇。彩虹(圖5-15)是由於太陽光經過小水滴時，受到二次折射，一次反射，產生第一道彩虹(primaryrainbow)，偏向程度與日光進行方向差138o，因此我們看到第一道彩虹呈現42o方位角(圖5-16~圖5-18)。若日光受到二次折射，二次反射，則產生第二道彩虹(50o)(圖5-19)。由於網頁P(8)第五章大氣的光與色彩18)。若日光受到二次折射，二次反射，則產生第二道彩虹(50o)(圖5-19)。由於紅光受折射偏向最小，藍光最大。第一道彩虹的顏色排列由內向外：藍→紅；第二道則紅→藍。彩虹多

8、發生在大雨之後，須背對陽光才看得到。每個人看到的彩虹都以觀察者為中