<p class="ql-block">早晨卯时6点半，海风和煦，海面几无漪涟。南方的天空还未完全走出夜的黑暗，但云层底部已接收来自东边地平线下方的曙光反射。</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block" style="text-align:right;"><b style="color:rgb(176, 79, 187);">卯时末6:30</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(176, 79, 187);"></b><b style="color:rgb(21, 100, 250); font-size:20px;">云型分析</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">今晨，天上的主体云型为<b>层状高积云</b>（<i>Altocumulus stratiformis</i>），可见特征如下：</p><p class="ql-block"><br></p><ul><li><b style="color:rgb(21, 100, 250);">形态</b>：下部较平，上部呈波纹、团块相连，间距不大。</li><li><b style="color:rgb(21, 100, 250);">透光性</b>：云体半透明，可见由晨曦照亮的粉紫、淡橙色晕彩，说明云层厚度适中，底部未完全遮蔽天空。</li><li><b style="color:rgb(21, 100, 250);">风切：</b><span style="color:rgb(25, 25, 25);">部分云块边缘略显卷曲，暗示上层气流稳定、但存在轻微波动。这是平流层顶端或逆温层上方的</span><b style="color:rgb(25, 25, 25);">风切变波动</b><span style="color:rgb(25, 25, 25);">（wind shear ripple）所致。</span></li></ul><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block" style="text-align:right;"><b style="color:rgb(176, 79, 187);">卯时6:42</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(21, 100, 250);">卯时的光照条件</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(21, 100, 250); font-size:20px;">—— 散射现象与霞光的光学原理</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">官方气象预报显示，今日的日出时间为卯时末、近辰时的6:52。我的观察发生于卯时6:30至6:42之间。此时太阳仍位于地平线之下，处于<b style="color:rgb(21, 100, 250);">民用曙光期</b>（civil twilight period）。太阳以约 –6° 至 0° 的仰角，自下而上照亮我视野中的东方及东南偏南天空。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">在这一过程中，不同波长的光线经历着不同程度的<b style="color:rgb(21, 100, 250);">散射</b>（light scattering）。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">一、何谓散射（Light Scattering）？</span></p><p class="ql-block">散射是指光线在穿过空气、水滴、尘粒或其他微小颗粒时，被这些粒子<b style="color:rgb(21, 100, 250);">偏转</b>（deflection）并向各个方向重新传播的物理现象。</p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block">散射分许多种，其中与我们观察到的现象最相关的是两种：瑞利散射和米氏散射。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(176, 79, 187);">瑞</span><b style="color:rgb(176, 79, 187);">利散射（Rayleigh Scattering）</b></p><p class="ql-block">当粒子尺寸远小于光的波长（如空气分子）时，散射强度与波长的四次方成反比（∝ 1/λ⁴）。因此，短波光（如蓝光、紫光）被更强烈地散射，形成蓝色的弥散天光。相反，长波光（如红光、橙光）能够轻易跨越这类小粒子，而不被散射。</p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block"> <b style="color:rgb(176, 79, 187);">米氏散射（Mie Scattering）</b></p><p class="ql-block">当粒子尺寸与光波长相当或略大（如气溶胶、水滴、尘粒），不同波长的光被散射的程度相近。这种散射常使天空或云层呈现泛白或偏暖的色调。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">瑞利散射与米氏散射共同构成了我们眼中天空色彩的物理基础。</p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8);">二、同样有散射，为何天空在白天是蓝色的，而在晨昏时分却泛红</b><span style="color:rgb(237, 35, 8);">？</span></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(176, 79, 187);">白天的蓝空：短波光受空气分子的雷利散射效应</b></p><p class="ql-block">空气分子对短波光（蓝光、紫光）的<b style="color:rgb(21, 100, 250);">瑞利散射</b>（Rayleigh scattering）强度 ∝ <i>1/λ⁴，</i>短波被高效地<b style="color:rgb(21, 100, 250);">偏转</b>（deflection）到四面八方，从各个方向进入我们的视界，构成蓝色的<b style="color:rgb(21, 100, 250);">弥散天光</b>（diffuse skylight）。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">由于传播路径短，太阳的<b style="color:rgb(21, 100, 250);">直射光束</b>（direct solar beam）只受到轻微的<b style="color:rgb(21, 100, 250);">削弱</b>（attenuation）；再加上人眼对紫光敏感度低，高层大气吸收部分紫外与近紫光，因此我们看到的天空偏蓝而非紫。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(176, 79, 187);">晨昏的霞光：长波光受低空大气溶胶的米氏散射效应</b></p><p class="ql-block">在太阳升出东方地平线之前或沉入西方地平线之后，它正处于民用曙光期时，阳光需斜穿更厚的大气层，才能以仰角照亮局部天空的云层底部。在这条较长的照射路径上，阳光中的短波成分（蓝光、紫光）在太阳的直射束中被优先散射和吸收，强度迅速<b style="color:rgb(21, 100, 250);">削弱</b>（attenuation），难以到达低空。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">与此同时，长波光受高空的雷利散射的影响不大，能够穿过高空，直抵低空。可是，在低空会遇到<b style="color:rgb(21, 100, 250);">低空大气溶胶</b>（low-level atmospheric aerosol，即悬浮在空气中的固体或液体微粒如尘埃、烟、盐分、水滴等），从而遭遇到<b style="color:rgb(21, 100, 250);">米氏散射</b>（Mie scattering）。于是，低空弥散着红色光、橙色光。这样，在民用曙光期的天空中，我们看到的是温暖的红橙色光。</p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px; color:rgb(237, 35, 8);">三、</span><b style="font-size:20px; color:rgb(237, 35, 8);">类比：流光散射与流水激石</b></p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block">大气层里的光散射主要有两种：瑞利散射和米氏散射。起决定作用的是两个因素。</p><p class="ql-block"></p><ol><li><b style="color:rgb(176, 79, 187);">对光造成散射的物质分子或颗粒有多大？</b>个体小的分子或颗粒，就像河床上的细石，能使迎面而来的短波浪花碎裂、飞扬，散射四方，直至散尽；但是，面对铺天盖地的大波浪，它们就毫无招架之力了。气体的分子小，只能散射波长小的蓝光；溶胶的颗粒大，任何波长的光都能抵挡和散射。</li><li><b style="color:rgb(176, 79, 187);">光谱中是哪一段的光在传播过程中触及了途中的物质分子或颗粒？</b>如果是短波的蓝光，又适逢民用曙光期，在高空阶段就已经连续不断地遭受空气分子的多重次的瑞利散射而耗尽能量，来不及抵达低空去遭受溶胶的再度散射。如果是长波的红光，就不会遭受高空中空气分子的瑞丽散射；不过，到了低空后，遇到更大的溶胶颗粒，就如见到了挡路虎，难免受到米氏散射了。不是么？再大的波浪，击到更大的石壁上，也会碎裂四溅的。</li></ol><p class="ql-block"></p><p class="ql-block">这样，我们便能明白，阳光以不同角度穿入大气时，历程的长短不同，光谱中不同波长的光会在不同的阶段受到或躲避不同性质的散射。于是，天空的色泽亦随之变幻：有时湛蓝如澄海，有时殷红若火焰。</p><p class="ql-block"></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(21, 100, 250);">结语：</b></p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block">天空在不同时辰呈现不同的颜色，这不过是光线散射作用的一种显现。推而广之，地球上一切可见的色彩何尝不也是如此？田野上的花草，荷塘里的涟漪，居室里的器皿，淑女们身上的衣饰，哪个不是色彩的不同形态？哪个不是物质分子或颗粒对光谱中不同波长的光源所做的散射、反射或吸收？</p><p class="ql-block"></p><p class="ql-block">因此，在日常生活中，每当我们开始绘画、摄影、赏景、选择家具或衣饰时，我们立即在邂逅光散射现象的奇妙。此刻，我们岂止是外在于这些现象的旁观者？我们的躯身不亦是直接置于光的潮流之中，并成为参与光散射的物质分子与颗粒的子集合么？</p><p class="ql-block"></p> <p class="ql-block"><b>王友轩</b></p><p class="ql-block">2025年10月29日辰时7点随记（夜间亥时10:30修改）</p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">朴茨茅斯·岛东</span></p><p class="ql-block"></p>