2016年6月27日 星期一

Atmospheric optical phenomena 大氣光學現象

Atmospheric optical phenomena 大氣光學現象

當光源(太陽,月亮和其它光源等)在通過在空氣中物質途中產生選擇性吸收,或不同的反射(reflection),折射(refraction),衍射(diffraction)等大型光學現象,再被觀察者所看到,是大氣光學現象。

主要有:暈、虹、華、海市蜃樓、閃爍、雲隙光/曙暮暉等。

自從2013年8月6日,本港黄昏出現了大型曙暮暉被傳媒誤會為「反曙暮暉」,香港朋友接觸多了不同的大氣光學現象,但行外人對一般現象的名稱沒有太深入理解,而常常出現以訛傳訛的情況,這裡僅對某些現象做一個簡介。

解構雲隙光 - 香港天文台網誌:
http://www.weather.gov.hk/blog/b5/archives/00000144.htm

我的網誌(2014年3月23日) 雲隙光 / 反雲隙光,曙暮暉 / 反曙暮暉:
https://www.facebook.com/notes/matthew-chin/%E9%9B%B2%E9%9A%99%E5%85%89-%E5%8F%8D%E9%9B%B2%E9%9A%99%E5%85%89%E6%9B%99%E6%9A%AE%E8%BC%9D-%E5%8F%8D%E6%9B%99%E6%9A%AE%E8%BC%9D/10152043842143099

當太陽當被雲層或大山遮蓋部分的光線,便會造成雲隙光,「曙暮暉」則特別是指在日出日落時出現的「雲隙光」現象,光線會聚合於反日點就稱為反曙暮暉。"反"曙暮暉或"反"雲隙光就是太陽的對面(日出時西面或日落時東面)的光線。太陽同一方向便不是"反"(而應是曙暮暉或雲隙光)。

這些不是天文現象,天文現象一般是和星體有關如日食,月食,流星雨等。

閃電Lightning 是空氣中雲層內的冰晶和小水滴放電產生,之後常常伴有雷聲。
in-cloud / intra-cloud lightning (IC lightning) 雲內閃電
cloud-to-cloud / inter-cloud lightning (CC lightning) 雲間閃電
cloud-to-ground lightning (CG lightning) 雲對地閃電
顧名可思其義,香港夏季常有發生,雲內閃電常見,次數可以是雲對地閃電的十倍。

天文台,行雷閃電的科學
http://www.hko.gov.hk/education/edu01met/01met_thunder_lightning/ele_thunder6_c.htm

閃電天文台資料
http://www.hko.gov.hk/wxinfo/llis/gm_indexc.htm

瞬態發光事件(TLEs,Transient Luminous Events)
這是較為罕見中高層大氣的特殊放電現象。因為這種放電現象與對流層閃電不同,所以它們又被稱為瞬態發光事件(TLEs,Transient Luminous Events)。TLEs包括紅色精靈(red sprites),藍色噴流(blue jet),精靈暈盤(halo),巨大噴流(Gigantic jet)以及淘氣精靈(Elves)。

https://atoptics.wordpress.com/tag/sprites/
https://zh.m.wikipedia.org/zh-hk/中高层大气放电
http://sprite.phys.ncku.edu.tw/joomla3/index.php?option=com_content&view=article&id=244&Itemid=362

留意:拍攝閃電會有危險,請確保自己安全,雷暴警告期間切勿到户外或山上拍攝。


雲影  Cloud Shadow
1/雲影是雲隙光一類的大氣光學現象。

2/陽光到達地球都是平衡線,而像一点散射而出都是錯覺(例子是平衡的火車軌看起來會在遠處聚合,同理)。
陽光平衡線日出後是向下射出,水平日出前有短時間向上。

3/雲的影子向上是另一錯覺,是因雲的影子向下投射到另一層薄雲上,而觀察者在地上看見投射的影子(卻像在雲的上方)。有時,雲的影子可以有多重。

參考:
http://www.atoptics.co.uk/fz931.htm
http://www.atoptics.co.uk/atoptics/rayim13.htm

彩虹 (Rainbow) , 虹霓 彩虹(Twinned Rainbow)
虹/霓,也是一般人誤稱為雙彩虹。如果細心留意,下圍的叫「虹」(即彩虹),顏色由上而下是: 紅.橙.黃.綠.藍.靛.紫,是陽光透過水珠經過2次折射,1次反射而成。(陽光進入近圓形的小水滴,先折射一次,在水滴的背面反射,離開水滴再折射一次而成)。水對光產生色散,形成七色,通常是陽光於觀察者後面(相對的方向)低角度照射空中。
上圍的顏色較淡的是「霓」,較少見,顏色順序和「虹」是相反的。
香港,夏季多雨,可以看到彩虹的大約時間:
早上,日出(六時前)至九時
黄昏,四時至日落(七時後)
因彩虹出現在太陽的對面,如果不在高山或飛機上,中午難見到彩虹。
(台灣陽明山2017/11/30曾有接近九小時彩虹出現的紀錄。)

冬季,日出遲,日落早。可見彩虹時間差不多,但冬季少雨,可見彩虹次數不多。

太陽水平角度越低,彩虹出現在天上便越高;反之便越低。
APOD picture: Full circle rainbow copyright by Colin Leonhardt
http://apod.nasa.gov/apod/ap140930.html
而世界上,是有真正的雙彩虹(連結內的圖:不計最頂一條,是霓)它的成因,是陽光照射到同一場雨產生不同大小的水滴而形成的,雙彩虹的兩條虹顏色順序是一樣的:

http://atoptics.co.uk/fza149.htm


月虹(Moonbow)/霧虹 (Fogbow)
而因强烈月光而形成的彩虹是月虹(Moonbow),非常罕見,夜晚低光下視覺看起來月虹像白色。月虹是夜間彩虹,和月暈的分別是月虹中央不會見到月亮,因月亮在觀察者後方。
霧虹是一種類似於彩虹的天氣現象,太陽光經由非常小水滴分子反射和折射後形成。霧虹沒有顏色,顯示為白色。
APOD picture:  Moonbow, milky way, meteor copyright by Thierry Legault
http://apod.nasa.gov/apod/ap121112.html

Halo 暈 - 暈可分為有「小暈」和「大暈」,「小暈」即22度暈,「大暈」即46度暈。小暈是以發光體為圓心,角半徑為22度的一種內圈呈淡紅色,外圈偶爾為藍色或白色的光環。而大暈則是角半徑為46度的暈環,大暈仍是內紅外藍色,比22度暈暗淡,香港並不容易看到。而九度日暈形成條件嚴苛,需要陽光在散亂金字塔型冰晶的折射而成。因為接近光源,難於觀測,更為罕見。

Corona 華 - 為一種自然光源透過薄雲中的微細水滴所產生的特殊光象。在太陽週遭形成一圈彩虹光即為日華(英文:Solar Corona);而在月亮旁繞成一圈的彩虹光即為月華(英文:Lunar Corona)。
華是在光源中央白光紅邊光環外,週遭另外再見到內藍外紅的彩虹光環組成。是環繞於日月或其他發光體圓面外所形成之同心圓。
華由無數水點之繞射作用 (Diffraction)而生;如果水滴大小相近,光環是圓的,否則是模糊的。光環直徑的大小與水滴的大小有關:水滴越小,環越大。

華與暈的區別是:華實際上是一個圓盤(disc),不是圓圈(ring),而暈是圓圈;另外華是由中低空的水滴產生,暈是高空冰晶所產生。華之角徑一般為數度,比22度暈小;而與22度暈之顏色次序相反。

Ref: http://www.atoptics.co.uk/droplets/corona.htm

Circumzenithal Arc 環天頂弧(CZA) - 是一種在外觀上類似彩虹的光學現象;但它的形成是太陽光從水平方向通過冰晶(一般位於卷雲內)後折射而形成,而非雨滴。太陽光在低角度(接近地平線)進入卷雲內,因此環天頂弧出現在太陽上方,形成一個微笑。(環天頂弧內藍色外紅色),通常出現於日出後或日落前。
(picture: https://en.wikipedia.org/wiki/Circumzenithal_arc)

正切弧(Tangent Arc) - 分為上正切弧和下正切弧, 其中一點掂著22°日暈邊緣, 弧線形狀會隨著太陽升高而改變。(弧內藍色外紅色)
http://www.atoptics.co.uk/halo/column.htm

Circumhorizon Arc 環地平弧(CHA) - 太陽照射卷雲層的角度為 58度。是其中一種最漂亮的現象,雲層呈現七色,由太陽光在高角度進入卷雲內扁平狀的冰晶形成,因此環地平弧出現在太陽下方,俗稱「火彩虹」。(環地平弧外藍色內紅色),通常出現於中午前後。

Iridescence cloud 彩雲//虹彩雲- 日光通過帶有水滴微粒懸浮的薄雲時,水滴大小不一使得通過的光產生不同方向的繞射,繞射的光彼此干涉,因此在發光體周圍產生不規則片狀的艷麗彩雲。
Ref: http://www.atoptics.co.uk/droplets/irid1.htm

Sundog 幻日/Moondog 幻月- 在真實太陽/月亮位置左右兩側產生兩個彩斑的虛像。

Pillars 光柱 -
光柱是地球大氣層中的冰晶反射陽光或月光或其他光源所形成的一種光學現象。

光柱看起來像一個薄柱,垂直延伸上面和/或下面的光源。當太陽低於或位於地平線以下時,光柱明顯可見。它通常超出了太陽5到10度,或延伸形成一個弧形光,日柱有時有些像日暈。

Ref: http://www.atoptics.co.uk/halo/pillar.htm



外國網站詳細資訉: http://www.atoptics.co.uk/halosim.htm

暈/弧多種:
https://read01.com/R67OjQ.html

臺北星空67期也有介紹各種日月暈弧  (中文譯名):
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/attach/File/no67/no67p49-51.pdf


------------------------------------------------------------------------------------------------------- Special Thanks 特別鳴謝 - Lok Naturephoto , Mandy PY Siu, Cammy Li, Irene Sung, 劉少平, Schindler Leung and Charlotte Wong 提供照片 -------------------------------------------------------------------------------------------------------
雲間/雲對地閃電(2018年香港天文台「「風雲際會」天氣景象 海、陸、空 全接觸相片及影片徵集活動」冠軍作品)
拍攝日期:2016/07/26 19:37HKT
拍攝地點:元朗大生圍
攝影師: Lok Naturephoto


頻密 雲間閃電 (叠相效果)
拍攝日期:2017/6/16 04:35-04:59HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin

藍色噴流(blue jet)特殊放電現象
拍攝日期:2017/07/23 01:06HKT
拍攝地點:萬宜水庫東壩 望向東南
攝影師: Charlotte Wong‎


雲影  Cloud Shadow
拍攝日期:2017/9/10 07:55HKT
拍攝地點:將軍澳
攝影師: Cammy Li
下圖是手画的解圖,積雨雲(藍色)造成(紅色)的長長影子,而陽光在屋宇旁左方向下照射。


借用英文網站(Atmospheric Optics)的画圖,希望可以說明雲和影子的情況:
黄線是向下的陽光(太陽當天是約廿三度),長長影子投到薄雲上(藍線為角度),右下觀察者看到雲影的角度(紅線)。
因為三維的關係,影子的位置其實在雲的下方,但視覺給人的錯覺反而在雲的上方。
Refhttp://earthsky.org/todays-image/cloud-to-cloud-shadow-over-china


曙暮暉 Crepuscular Rays
(2018年香港天文台「「風雲際會」天氣景象 海、陸、空 全接觸相片及影片徵集活動」入圍作品)
拍攝日期: 2013/8/6 19:18 HKT
拍攝地點:流浮山
攝影師: Lok Naturephoto


反曙暮暉 Anti-Crepuscular Rays
拍攝日期: 2016/6/25 19:18 HKT
拍攝地點:畢架山
攝影師: Lok Naturephoto

日出由東(左)至西(右)的曙暮暉和反曙暮暉
拍攝日期: 2015/6/7 05:39 HKT
拍攝地點:山貝村
攝影師: Lok Naturephoto

大帽山頂雷達站做成的隙光
太陽光在照片中清晰可見被建築物遮擋下做成幾束光柱。
拍攝日期: 2014/2/3 07:25 HKT
拍攝地點:元朗(望向大帽山)
攝影師: Matthew Chin

彩虹 Rainbow
拍攝日期: 2013/7/31 07:21 HKT
拍攝地點:大尾督
攝影師: Lok Naturephoto

藍天月落時的彩虹
拍攝日期:2018/7/2 07:00HKT
拍攝地點:將軍澳
攝影師: Cammy Li


虹霓
「虹」(下),顏色由上而下是: 紅.橙.黃.綠.藍.靛.紫,「霓」(上)顏色順序和「虹」是相反的
拍攝日期: 2016/6/29 07:03HKT
拍攝地點:南區華富
攝影師: Mandy PY Siu

藍天月落和主/副彩虹。
拍攝日期:2018/7/1 06:10HKT
拍攝地點:將軍澳
攝影師: Cammy Li


九度日暈 :
九度日暈形成條件嚴苛,需要陽光在散亂金字塔型冰晶的折射而成。
UK atoptics 網站:
http://www.atoptics.co.uk/halo/pyredens.htm

照片有常見的22度日暈(外圈)和罕見的9度日暈(內圈)。
拍攝日期:2017/10/6 16:28HKT
拍攝地點:佐敦
攝影師: Cammy Li


日暈 Sun Halo
拍攝日期: 2015/6/28 13:01 HKT
拍攝地點:屯門
攝影師: Lok Naturephoto


日暈 Sun Halo
拍攝日期: 2017/5/12 13:17 HKT
拍攝地點:Quarry Bay
攝影師: Matthew Chin


日暈 和 幻日 Sun Halo and Sundog
(太陽位置右側光點是幻日,半圓環是 22度日暈)
拍攝日期: 2015/8/25 16:28 JST
拍攝地點:北海道札晃巿
攝影師: Matthew Chin

月暈 Moon Halo
拍攝日期: 2012/9/1 23:46 HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin

幻月(Moondog), 月暈(Moon Halo), 幻月環 (Parhelic circle)
拍攝日期: 2017/7/12 04:33 HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin

月華 Lunar Corona
拍攝日期: 2017/9/7 05:06 HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin


月華 Lunar Corona
拍攝日期:2016/12/19 04:28, 04:31HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin

日華 Solar Corona
拍攝日期: 2014/2/23 09:59 HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin

形似「食鬼」的日華
(2018年香港天文台「「風雲際會」天氣景象 海、陸、空 全接觸相片及影片徵集活動」入圍作品)
拍攝日期:2017/10/19 15:47HKT
拍攝地點:佐敦
攝影師: Cammy Li

彩雲/虹彩雲 Iridescence clouds
拍攝日期:2017/7/29 18:42 HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Matthew Chin

環天頂弧(CZA) - 內藍外紅色的環天頂弧 - 即是圖內的彩色環(像倒轉的彩虹)。
環天頂弧(Circumzenithal Arc)
拍攝日期: 2017/7/2 07:15 HKT
拍攝地點:將軍澳
攝影師: Cammy Li



環天頂弧(CZA) - 太陽水平左右,亦拍到像幻日的彩斑。
拍攝日期: 2017/7/8 07:34 HKT
拍攝地點:元朗 大樹下西路
攝影師: Matthew Chin

上正切弧(Upper Tangent Arc) 
下弧是日暈的頂端部分。
上弧名為「上正切弧」。

拍攝日期:2017/7/24 07:42 HKT
拍攝地點:佐敦
攝影師: Cammy Li

上正切弧(Upper Tangent Arc) 
下弧是日暈的頂端部分。
上弧名為「上正切弧」Upper Tangent Arc

拍攝日期:2017/10/9 08:29HKT
拍攝地點:佐敦
攝影師: Cammy Li


下正切弧(Lower Tangent Arc) 
上弧是日暈的底端部分。
下弧名為「下正切弧」Lower Tangent Arc。

拍攝日期:2017/10/9 09:27HKT
拍攝地點:元朗
攝影師: Irene Sung

環地平弧 Circumhorizon Arc (CHA)
拍攝日期: 2016/6/25 10:40 HKT
拍攝地點:中環

攝影師: Matthew Chin

環地平弧 Circumhorizon Arc (CHA)
拍攝日期: 2017/7/19 11:26 HKT
拍攝地點:Quarry Bay
攝影師: Matthew Chin

日柱 (Sun Pillar):
拍攝日期:2017/8/12 18:50HKT
拍攝地點:汀九
攝影師: Lok Naturephoto


日柱(Sun Pillar)的頂部有時見到「弧型光」:
拍攝日期:2017/8/12 18:57HKT
拍攝地點:汀九
攝影師: Lok Naturephoto

2018/3/5 香港見大型平流海霧,維港多處也有朋友拍得美照。而當天早上/黄昏也見到因為海霧而出現霧虹(Fogbow)的照片。

拍攝日期: 2018/3/5 09:45 HKT
拍攝地點:舂坎角
攝影師: 劉少平


拍攝日期: 2018/3/5 17:00 HKT
拍攝地點:小西灣
攝影師: Schindler Leung