新疆吐魯番地區，在2020年12月的時候，接連出現似湖水、沙丘，或似建築、高樓，水天相接的海市蜃樓景象，甚為壯觀。網友驚呼，這就是科幻電影裡講述的平行世界嗎？
實際上，這是一種簡單的光學現象，它是太陽光反射和折射共同作用的結果。
“上現蜃景”原理圖
海市蜃樓的發生，主要和地理位置、地貌，以及天氣有關。和季節的關系倒不是很大，但一般冬天還是發生得少。這是因為，氣流須是上面厚、底下薄，就像在天空中挂了一個反射鏡一樣，将遠處的景色反射出來。每年，我國蓬萊的海市蜃樓，大概五六月份出現；長島等一些地方，往往在七八月份出現。要說季節性，那夏天是最容易産生海市蜃樓的季節。
可吐魯番地區是12月份出現的啊，是不易發生海市蜃樓的冬季啊，為何吐魯番就獨得恩寵了呢？
想要弄清楚這種罕見的情況是怎麼發生的，我們得先了解海市蜃樓發生的條件，而氣溫的反常分布，是大多數海市蜃樓必備的氣象條件。
海市蜃樓，簡稱蜃景，蜃景可分“上現蜃景”、“下現蜃景”和“側現蜃景”。是一種因為光的折射和全反射而形成的自然現象，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。
“下現蜃景”原理圖
最簡單好記的是：“上現蜃景”一般出現在海上，仙境是正立；“下現蜃景”更容易出現在沙漠，仙境是倒立。此外，沙漠中偶爾也會出現“側現蜃景”的情況，景物是90°逆轉、橫倒在地平線上的。
以“下現蜃景”為例，夏季的沙漠烈日當頭，沙土被曬得灼熱。沙土的比熱小，溫度上升極快，臨近沙土的下層空氣溫度也随即升高，而上層空氣的溫度仍然很低，這樣就形成了氣溫的反常分布。由于熱脹冷縮，接近沙土的下層熱空氣密度小而上層冷空氣的密度大，這樣空氣的折射率是下層小而上層大。
當遠處較高物體反射出來的光，從上層較密空氣進入下層較疏空氣時被不斷折射，其入射角逐漸增大，增大到等于臨界角時發生全反射，這時人要是逆着反射光線看去，就會看到下蜃。
而吐魯番12月出現下蜃，同樣是因為變化幅度較大的氣溫。當沙漠區域經曆一次降溫過程後，空氣溫度會大幅下滑，但冷空氣過後，太陽直射會迅速提升沙漠地表的溫度。于是，靠近沙漠的近地面空氣快速增溫，密度減小，而上部氣溫還沒來得及提升，溫度差形成、空氣密度差也形成，就産生了形成下蜃的氣象條件。
總體來說，冬天依然是海市蜃樓很不容易出現的季節，上下空氣有大溫差這個條件，往往也隻有沙漠地區才能滿足了。
筆者：陳山，中國氣象局氣象分析師，氣象工程師。