倒挂彩虹

　　大千世界，神奇现象万千。世界之美，一物可证。总有一些隐秘的自然现象或者物质，或世所罕见，或就在你我身边，当你遇见，惊叹神奇。大自然之美，总发生在这种偶遇之中，等着我们去探寻。
　　湛蓝高空云幕微薄，一轮明丽的彩虹浅浅地倒挂着，仿佛天空露出的迷人微笑。它就是我们常说的倒挂彩虹。彩虹为什么会倒挂起来，它的真实身份究竟是什么呢？
　　其实，它的学名叫环天顶弧，属于晕的一种，是在外观上类似彩虹的光学现象。颜色顺序自下而上分别为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。因为给人的第一印象就是上下颠倒的彩虹，所以便有了倒挂彩虹、天空的微笑等名字。
　　我国最早对晕的记载见于殷商时期的甲骨文中。晋迄初唐，对晕的描述、分类已经到了较为完善的程度。《晋书·天文志》一书中，明确将“形如直状，其上微起，在日上”的环天顶弧称为戴，比喻为太阳冠上的装饰物。而在明末学者方以智编撰的《物理小识》中，已经有晕形成原理的详尽解释。“凡宝石面凸则光成一条。有数棱则必有一面五色……故知虹霓之形，星月之晕、五色之云皆同此理”。该解释确定了晕和晶体色散的联系，并认识到日月光和云中冰晶的作用机制，这已经和现代科学对晕的解释颇为接近了。
　　那么，现代科学是如何阐述环天顶弧的形成机制呢？经过研究我们知道，当阳光透过卷云或卷层云时，受到冰晶折射而形成的彩色光圈，便是美丽的环天顶弧。
　　要想彻底明白环天顶弧是如何形成的，我们首先要了解什么是卷云。《地面气象观测规范》中，按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类。卷云和卷层云都属于高云。卷云（Ci）是具有丝缕状结构，柔丝般光泽，分离散乱的云。卷层云（Cs）是白色透明的云幕。它们都有共同的特点，云底高度都在4500—10000米左右，且由冰晶组成。其冰晶粒子的典型尺度变化范围为 10—4000μm，形状模型主要有六角棱柱、中空六棱柱、六角平板、子弹花环、聚合物以及过冷水滴等六种。
　　其次，让我们探寻阳光折射的原理。当太阳高度角高于32°时，阳光进入大气，大小在100—500μm范围内的冰晶起到棱镜作用，经过两次折射，阳光被色散成不同方向的色光。因阳光是由红橙黄绿蓝靛紫七种色光组成，由于不同色光的折射率不同，被冰晶折射后，各色光的偏转角度也不同，这样就形成了内蓝外红的环天顶弧。
　　环天顶弧作为一种美丽的光学现象，彰显着大自然的神奇。它仿佛是上天送给人间的一份礼物，温柔又不失浪漫。希望它与我们常伴，共同以微笑面对生活的每一刻。
　　山西省气象信息中心 刘正东