为什么会出现海市蜃楼

平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方,偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景,称海市蜃楼.我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景,古人归因于蛟龙之属的蜃,吐气而成楼台城廓,因而得名.海市蜃楼是光线在铅直方向密度不同的气层中,经过折射造成的结果.常分为上现、下现和侧现海市蜃楼.
我们来做个实验：取一只杯子,倒入大半杯水,放在太阳光下,再在杯中插入一根筷子.这是你看到水中的筷子和水面上的筷子象折段一样.这是光线折射造成的；光在同一密度的空气中行进时,光的速度不变,始终以直线的方向前进；但当光倾斜地由空气进入水的时候,水的密度变了,光的速度就会发生改变,并使前进的方向发生曲折.
发生在沙漠里的“海市蜃楼”,就是太阳光遇到了不同密度的空气而出现的折射现象.沙漠里,白天沙石受太阳炙烤,沙层表面的气温迅速升高.
由于空气传热性能差,在无风时,沙漠上空的垂直气温差异非常显著,下热上冷,上层空气密度高,下层空气密度低.当太阳光从密度高的空气层进入密度低的空气层时,光的速度发生了改变,经过光的折射,便将远处的绿洲呈现在人们眼前了.
在海面或江面上,有时也会出现这种“海市蜃楼”的现象.
海市蜃楼是一种光学幻景,是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像.海市蜃楼简称蜃景,根据物理学原理,海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度,而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率.也就是因海面上暖空气与高空中冷空气之间的密度不同,对光线折射而产生的.蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系.气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件.史书记载《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.”
宋朝沈括在《梦溪笔谈》中这样写道：“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”.或日“蛟蜃之气所为”,疑不然也.欧阳文忠曾出使河朔,过高唐县,驿舍中夜有鬼神自空中过,车马人畜之声一一可辨,其说甚详,此不具纪.问本处父老,云：‘二十年前尝昼过县,亦历历见人物.’土人亦谓之“海市,”与登州所见大略相类也.”
南宋遗民人林景熙的〈蜃说〉,全文一百多字,是描写海市蜃楼最好的一篇散文.
明朝陆容《菽园杂记》：“蜃气楼台之说,出天官书,其来远矣.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,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.”
清刘献廷《广阳杂记》：“莱阳董樵云：登州海市,不止幻楼台殿阁之形,一日见战舰百余,旌仗森然,且有金鼓声.顷之,脱入水.又云,崇祯三年,樵赴登州,知府肖鱼小试,适门吏报海市.盖其俗,遇海市必击鼓报官也.肖率诸童子往观,见北门外长山忽穴其中,如城门然.水自内出,顷之上沸,断山为二.自辰至午始复故.又云,涉海者云,尝从海中望岸上,亦有楼观人物,如岸上所见者.”蒲松龄山市：奂山山市“高垣睥睨,连亘六七里,居然城郭矣”（《聊斋志异》卷十四）也是一种海市蜃楼的记载.
海市蜃楼的形成