是誰創(chuàng)造了神奇的寒夜燈柱

張玉成

大自然如同一位神奇的魔術(shù)師，時(shí)不時(shí)地帶給我們驚喜和震撼。神奇的寒夜燈柱天象就是大自然賜予我們的視覺盛宴。

2021年11月24日夜，黑龍江哈爾濱市的市民驚奇地發(fā)現(xiàn)，天空中竟然出現(xiàn)了一條條垂直的光柱。它們懸浮于天地之間，五彩斑斕，色彩繽紛，美輪美奐，猶如天外來客，其情景如夢(mèng)似幻，頗具神秘感。有人說，那是“天女下凡”；也有人說，那是外星飛船降臨；還有人說，那是靈異事件……其實(shí)，這種奇異的天象是一種在特定氣象條件下產(chǎn)生的有趣大氣光學(xué)現(xiàn)象—冰暈現(xiàn)象，學(xué)名叫“寒夜燈柱”。

寒夜燈柱天象背后的科學(xué)原理并不復(fù)雜，簡單來講，就是光的鏡面反射現(xiàn)象。

寒夜燈柱究竟是如何產(chǎn)生的？要形成這種奇異的天象，需要具備哪些要素，它們又各自發(fā)揮了哪些作用？下面，就讓我們通過氣象視角，來了解寒夜燈柱這種奇異天象的“身世”吧。

冰晶—不可或缺的“幕布”

在寒夜燈柱產(chǎn)生的過程中，冰晶起到了決定性作用：大氣中排列的冰晶就像一層層舞臺(tái)幕布，擋在地面和夜空之中，成為地面燈光的“幕布”。

我們知道，空氣中含有大量的水蒸氣，它們凝結(jié)后會(huì)成為水滴；若水蒸氣發(fā)生凝華，就變成了冰晶。凝華是寒冷地區(qū)很容易出現(xiàn)的一種天氣現(xiàn)象：過低的氣溫讓大氣里的水汽結(jié)冰，形成細(xì)小的冰晶。生活中，我們?nèi)庋勰軌虮嬲J(rèn)的云中就含有大量的水滴和冰晶。

那么，是不是有了冰晶，就能看到寒夜燈柱呢？

當(dāng)然不是。因?yàn)椴⒉皇撬械谋Ф紝?duì)寒夜燈柱的出現(xiàn)做出了貢獻(xiàn)。大氣中的冰晶主要有柱狀冰晶（柱晶）和片狀冰晶（片晶）兩種，這兩類冰晶都是六棱柱形的。此外，還有罕見的角錐狀冰晶（錐晶）和異形冰晶（異晶）。其中，片狀冰晶對(duì)寒夜燈柱現(xiàn)象做出的貢獻(xiàn)最大。

片狀冰晶產(chǎn)生于空氣非常寒冷且下層大氣結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定的環(huán)境中。其形成一般會(huì)受到空氣溫度與濕度等因素的影響。如果夜空中懸浮著大量呈水平方向排列的片狀冰晶，且天空無風(fēng)，這些冰晶就會(huì)像一面面微型鏡子一般飄浮于空中。此時(shí)，在大氣層豎直方向上，各類燈光被處在不同高度的片狀冰晶反射和折射，最終集合成了一根根光柱。這就是我們所看見的寒夜燈柱。

氣象監(jiān)測(cè)顯示，當(dāng)氣溫在-20～-10℃時(shí)，冰晶和水滴并存，對(duì)于形成片狀冰晶最為有利。從-10℃等溫線開始，冰晶一般是隨著高度增高而逐漸增多。尤其是在降雪前后，由于氣溫下降和空氣濕度增大，非常有利于冰晶的形成。

光源—舉足輕重的“燈爺”

除了冰晶，寒夜燈柱的主要貢獻(xiàn)者中還包括人造光源；否則，即使冰晶在天地之間形成了“幕布”，缺少照射光源，也無法產(chǎn)生寒夜燈柱。

這與彩虹的形成有著相同的原理；所不同的是，彩虹反射的是太陽光線，而在寒夜燈柱的形成過程中，人造光源的貢獻(xiàn)最大。在無雨的天氣情況下，這些人造光源在人類肉眼中就是原始的點(diǎn)光；而在下雨天，由于雨滴的反射和折射，我們所看到的就是線狀或多維度的射線狀光束。

能夠照射在冰晶上發(fā)生反射的地面光源有許多，如地面的射燈，城市中明亮的街燈、探照燈、霓虹燈等。2022年10月，韓國濟(jì)州島就發(fā)生了一次寒夜燈柱現(xiàn)象。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髲d分析，這次寒夜燈柱是由在濟(jì)州島近海作業(yè)的漁船燈反射造成的。2022年，我國內(nèi)蒙古錫林浩特市也出現(xiàn)了一次寒夜燈柱現(xiàn)象。寒夜燈柱現(xiàn)象的出現(xiàn)與當(dāng)?shù)卣彰鳠艄庥嘘P(guān)。通常情況下，地面上的燈光是什么顏色，寒夜燈柱就會(huì)是什么顏色的。

氣象要素—不容小覷的“小人物”

有了光源和冰晶“幕布”，神奇的寒夜燈柱還需要另外一個(gè)重要的參與者，那就是氣象要素。

氣溫是其中最重要的因素。因?yàn)楸枰谳^低的天氣條件下才能形成，尤其當(dāng)氣溫在-20℃以下時(shí)，對(duì)冰晶的形成最為有利；不過，氣溫也不是越低越好，因?yàn)闅鉁剡^低時(shí)，容易形成棱形冰晶，不利于光線的豎向反射。

另一個(gè)重要的氣象影響要素就是風(fēng)速。冰晶的質(zhì)量非常小，尤其是片狀冰晶，如果風(fēng)速太大，冰晶會(huì)隨風(fēng)劇烈擺動(dòng)，不容易成為完整的準(zhǔn)鏡面，我們也就無法看到上下筆直的“燈柱”奇觀了。氣象工作者在分析2015年錫林浩特市冬季寒夜燈柱現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)，在該現(xiàn)象發(fā)生的4個(gè)小時(shí)內(nèi)，錫林浩特市大多處于風(fēng)速為2米每秒的微風(fēng)時(shí)段。這意味著，要想看到寒夜燈柱，只能在微風(fēng)或是無風(fēng)的天氣條件下。

即使具備了上述條件，也并不意味著寒夜燈柱一定會(huì)出現(xiàn)。較高的相對(duì)濕度，低空沒有明顯的云霧遮擋，降溫、降雪前后……也是影響寒夜燈柱現(xiàn)象的因素。這也是為什么大多數(shù)寒夜燈柱發(fā)生在高寒地區(qū)降雪前后、天氣較通透的夜間的重要原因。

更為罕見的暖夜燈柱

由于出現(xiàn)冰晶是形成寒夜燈柱的必要條件，人們?cè)欢日J(rèn)為，溫度較高的熱帶、亞熱帶地區(qū)是不可能出現(xiàn)這一奇特景觀的；然而，令人沒有想到的是，除了寒夜燈柱，在自然界中還有一種與其形成原理類似的大氣光學(xué)現(xiàn)象—暖夜燈柱。

暖夜燈柱是一種出現(xiàn)在非極寒地區(qū)的“燈柱”現(xiàn)象，比寒夜燈柱更加罕見。2019年9月14日，山東煙臺(tái)就出現(xiàn)了暖夜燈柱。2019年和2020年，廣東深圳和福建平潭等地也接連出現(xiàn)了超級(jí)罕見的暖夜燈柱。2020年5月10日，廈門出現(xiàn)暖夜燈柱：從“燈柱”正下方仰頭看，天上顯出了廈門市街道的輪廓，堪稱“天上的街市”。以上這些城市并未處于極寒地區(qū)，且“燈柱”現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，氣溫均在20℃以上。

暖夜燈柱是如何產(chǎn)生的呢？

暖夜燈柱的形成原理與寒夜燈柱相同，但出現(xiàn)的條件更為苛刻：由于地表溫度較高，暖夜燈柱的發(fā)生需要以大幅的降溫過程為背景，同時(shí)需要光源照射強(qiáng)度可以達(dá)到冰晶“鏡面”形成的高度。因此，暖夜燈柱比寒夜燈柱更加罕見。

氣象專家認(rèn)為，由于夜間不存在太陽輻射，因而地面成為大氣的直接熱源，高空大氣吸收的地面輻射比近地面空氣更少，所以高空大氣的溫度更低。此時(shí)，當(dāng)高空大氣濕度達(dá)到一定程度時(shí)，正好可以滿足冰晶的形成條件。然而，有了冰晶并不意味著一定會(huì)出現(xiàn)暖夜燈柱，要想看到它還必須具備無風(fēng)、少遮擋等氣象條件。不過，由于高空中的空氣流動(dòng)往往比地表更加頻繁，因此，高空無風(fēng)狀態(tài)也比地表更為難得；此外，夜空需要具備較好的通透性，低空沒有明顯的云霧遮擋才能滿足暖夜燈柱的形成條件。事實(shí)上，氣溫的高低并不是形成暖夜燈柱的決定性因素，真正起決定性作用的是風(fēng)力和大氣云層的狀況。以前文提到的廈門暖夜燈柱為例。當(dāng)天下午，廈門出現(xiàn)降雨，并且降雨在傍晚前后停止，此時(shí)空氣濕度相對(duì)較大，加之高空風(fēng)力較小，因而冰晶狀的卷云形成了一種類似“鏡面”的效果，從而將地面上的燈光反射到夜空中，這才有了暖夜燈柱奇景。

總而言之，無論“寒夜”還是“暖夜”，想要看到“燈柱”現(xiàn)象都需要嚴(yán)格的氣候背景和天氣要素配合。根據(jù)對(duì)近年來寒夜燈柱現(xiàn)象發(fā)生地統(tǒng)計(jì)分析，我國寒夜燈柱的最佳觀賞地在新疆北部、內(nèi)蒙古、黑龍江三個(gè)地區(qū)。這些地方出現(xiàn)的寒夜燈柱具有很高的觀賞價(jià)值，其絕美程度可以和極光比肩。

【責(zé)任編輯】趙 菲