海市蜃楼形成的原因
在平静无风的海面航行或在海边了望，往往会看到空中映现出远方船舶、岛屿或城廓楼台的影像;在沙漠旅行的人有时也会突然发现，在遥远的沙漠里有一片湖水，湖畔树影摇曳，令人向往。可是当大风一起，这些景象突然消逝了。原来这是一种幻景，通称海市蜃楼，或简称蜃景。
为什么会产生这种现象呢?要解答这个问题，得先从光的折射谈起。当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候，光的速度不变，它以直线的方向前进，可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时，光的速度就会发生改变，进行的方向也发生曲折，这种现象叫做折射。当你用一根直杆倾斜地插入水中时，可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好象折断的一般，这就是光线折射所成的，有人曾利用装置，使光线从水里投射到水和空气的交界面上，就可以看到光线在这个交界面上分两部分：一部分反射到水里，一部分折射到空气中去。如果转动水中的那面镜子，使投向交界面的光线更倾斜一些，那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些。当投向交界面的光线如左下图所示的情况时，光线就全部反射到水里，再没有折射到空气中去的光线了。这样的现象叫做全反射。
空气本身并不是一个均匀的介质，在一般情况下，它的密度是随高度的增大而递减的，高度越高，密度越小。当光线穿过不同高度的空气层时，总会引起一些折射，但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了，所以不觉得有什么异样。
在夏季，白昼海水湿度比较低，特别是有冷水流经过的海面，水温更低，下层空气受水温更低，下层空气受水温影响，较上层空气为冷，出现下冷上暖的反常现象(正常情况是下暖上凉，平均每升高100米，气温降低0.6℃ 左右)。下层空气本来就因气压较高，密度较大，现在再加上气温又较上层为低，密度就显得特别大，因此空气层下密上稀的差别异常显著。
假使在我们的东方地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了，来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生全反射，又折回到下层密的气层中来;经过这样弯曲的线路，最后投入我们的眼中，我们就能看到它的像。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的，因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多，所以叫做上现蜃景。
我国渤海中有个庙岛群岛，在夏季，白昼海水温度较低，空气密度会出现显著地下密上稀的差异，在渤海南岸的蓬莱县(古时又叫登州)，常可看到庙岛群岛的幻影。
海市蜃楼形成的条件
海市蜃楼常在海上、沙漠中产生，海市蜃楼是光线在延直线方向密度不同的气层中，经过折射造成的结果。
海市蜃楼的种类很多：根据它出现的位置相对于原物的方位，可以分为上蜃、下蜃和侧蜃;
根据它与原物的对称关系，可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃;
根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等等。
就拿下蜃的形成来说：
夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布，由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率是下层小而上层大。
当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到下蜃。
海市蜃楼的意思
海市蜃楼是一种因光的折射而形成的自然现象。它也简称蜃景 ，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。相对于幻觉，海市蜃楼是一种真实的光学现象，由于观测到的位置是由实际光线折射形成的虚像，它可以用照相机来捕捉影像。然而，会出现什么样的影像全由人类心灵解释的能力来确定。例如，在地面的上蜃景非常容易被误认为来自一小片水洼的反射。
海市蜃楼在汉语上的解释
在海市蜃楼中的蜃就是指的大蛤，原指海边或沙漠中，由于光线的反向和折射，空中或地面出现虚幻的楼台城郭，现在很多人引用海市蜃楼来比喻虚无缥缈的事物。
海市蜃楼四种现象
海市蜃楼现象一：下现蜃景
下现蜃景是最常见的一种海市蜃楼现象，人们在沙漠中看到的就是下现蜃景，不过由于去过沙漠的人不多，能有幸看到下现蜃景的人更少，所以民间对这种蜃景的描述很不准确。多数的人会以为人们在沙漠中能看到远方出现虚幻的绿洲或建筑，但实际上真正看到沙漠蜃景的人会发现它远没有想象中那样神奇。
上图在沙漠中拍摄到的海市蜃楼的照片，在照片中我们能看到远处的景物和它们的倒像，似乎是因为这些景物位于湖泊的边缘，于是我们在水中看到了它们的倒像。类似的景象其实在我们平时生活的城市道路上经常可见——在晴天的时候观察远处平整的马路路面时，我们也能看到路面上车辆和行人的倒像，好像路面上有一层水似的，这种现象有时又被称为“热路蜃景”(hot-road mirage)，凡是在干燥炎热的地表我们都能看到这样的景象。
那么，下现蜃景是否只能在陆地上才能观察到呢?答案是否定的，在海上也能看到，只不过人们通常给它另外一个名字：海滋。与地面上的下现蜃景多出现在炎热的夏季不同，海上的下现蜃景多出现在秋冬季节。在连续的阴雨天后，海面的温度急剧向上方递减，所以越靠近海面大气温度越高，空气的折射率也越大，从远处海岛传来的光线受海上大气折射以至发生全反射后进入人眼而出现下现蜃景，海岛的下现蜃景与其海上正像拼合后，形成的图像往往两端翘起，形如海空中凸起的蘑菇状、仙人球状或天际孤舟状。由于这些景象似由海面滋生出来，故名“海滋”。
海市蜃楼现象二：上现蜃景
对上现蜃景的说法和理解往往是混乱的，比较普遍的说法是认为看到远处本应位于海平面以下的景物的正立的像出现在海面之上的现象就是上现蜃景。然而，笔者经过搜集和研究国内外多方材料，发现这种说法并不完全正确。在上现蜃景中，观察者能看到“倒像位于正像之上”(Inverted image above erect one)。但是，似乎一般在海边看到的海市蜃楼中很少出现这样的情况，这是什么原因呢?
原来，这种上现蜃景对气候条件的要求十分苛刻。在我国的多处海滨，从古至今有无数关于海市蜃楼的记载，但是其中却鲜有关于能观察到倒立的像的上现蜃景的记录，在四大海市蜃楼的观赏胜地——山东的蓬莱阁和长岛、河北的联峰山、江苏的海州湾——人们看到的也多是成正像的上现蜃景和“海滋”现象。这说明一般要观测到成倒像的上现蜃景是很不容易的，但是这并不表明这种现象并不存在。本文开篇提到的教材对这个现象避而不谈，却把成正像的上现蜃景用光的全反射来解释，显然是有失偏颇的。
那么，在哪些地区容易观察到成倒像的上现蜃景呢?答案是在极地地区，因为在极地地区的海面或者冰面的温度非常低，而经过阳光照射之后，在海面或冰面之上的空气中更容易形成强烈的逆温层，有助于上现蜃景的出现，所以人们又常将其称为“极地蜃景”(Polar Mirage或Arctic Mirage)。上图照片，可以清楚地看到船只的倒像位于其正像之上。
综上所述，我们可以发现，海市蜃楼现象其实是由光在传播的过程中不沿直线，而是经过折射甚至全反射以后形成的，但是具体到不同的蜃景其原理还需仔细分析，不可以偏概全。
海市蜃楼现象三：三像蜃景
有时人们认为传统蜃景中的正像是真实的物体自身，而倒像不过是一个幻景，并不真实。但是，这个观点受到了三像蜃景和其他多像蜃景现象的挑战，在这些蜃景现象中出现了两个或多个正像。那么，哪一个才是真实的物体呢?我们应该认识到，我们看到的每一个像都能反映真实的物体，不过它们是因为大气折射而偏离其真实位置而形成的。另一个普遍的误解是认为海市蜃楼会占据一大片的天空，但实际上海市蜃楼绝不会那样。它们总是出现在地平线附近一片狭窄的天空区域。
海市蜃楼现象四：变形蜃景
物像看起来发生了移位、扭曲、变形，但是没有发生倒转，当气象条件不足以产生海市蜃楼时，可能产生这种现象。
海市蜃楼的特点
蜃景有两个特点：
1、在同一地点重复出现，比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景;
2、出现的时间一致，比如我国蓬莱的蜃景大多出现在每年的5、6月份，俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现，而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现。
自古以来，蜃景就为世人所关注。在西方神话中，蜃景被描绘成魔鬼的化身，是死亡和不幸的凶兆。我国古代则把蜃景看成是仙境，秦始皇、汉武帝曾率人前往蓬莱寻访仙境，还屡次派人去蓬莱寻求灵丹妙药。现代科学已经对大多数蜃景作出了正确解释，认为蜃景是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，所谓蜃景就是光学幻景。
海市蜃楼与人造海市
1980年8月18日上午9时55分，在青海格尔木西北处的大沙漠中，突然出现一片水泽，水泽中迭化出一座座白色的楼宇，随后楼宇渐渐消失，只留下一汪水带。10时35分，水带退去，依然是一望无际的茫茫沙海。这就是人们常说的海市蜃楼。
蜃，大蛤蜊，海中的一种动物。古代传说蜃吐气会形成美丽的楼台城廓，故称“海市蜃楼”。北宋沈括在《梦溪笔谈》中记述了海市蜃楼奇观：登州海中，时有云气，如宫室，城堞、台观、人物、车马、冠盖历历可见，谓之海市。”实际上，海市并不是大蛤蜊之类吐气喷云而形成的，更不是神仙鬼怪制造的，而是大自然的杰作—一种奇特罕见的光学现象。科学家指出，海市蜃楼是由于光线的折射作用形成的，多发生在夏天的海边或沙漠(古称瀚海)中。
炎热的夏天，海面上或沙漠中表面的空气急剧升温，因而下层空气的密度比上层空气的密度要小得多。远处物体发射或反射的光，经过各种不同密度的空气层，就会发生折射和全反射。远处地平线下的景物经过折射、全反射后又映入观察者的眼中，于是人们就看到了海市蜃楼。这时，除了通过上层空气可以看到正常的形象之外，还可以看到从它下层空气反射过来的颠倒的物象，颇似树木、楼宇的水中倒影，这就是所谓的“下现蜃楼”(倒象)。相反，在冷海面或极地冰雪覆盖的地区，由于底层空气密度很大而上层空气密度很小，便产生了上蜃楼的景象(正象)。有的时候，空气密度分布比较复杂，因此还可以看到侧现蜃楼(斜象)和变幻蜃楼(时正时倒)。
海市蜃楼不仅出现于海洋和沙漠，也能在湖上或山中出现，出现于湖面的，称为“湖市”，出现于山中的，称为“山市”(亦称鬼市)。
1981年8月3日下午6时20分左右，安徽巢湖上突然出现了姥山岛，并像一艘大船缓慢地朝湖岸靠近。这种罕见的奇观总共持续了40分钟之后就悠然消失了，巢湖依1日风平浪静晚霞满天。
至于山市，则更加神秘。清人蒲松龄曾写到：“奂山山市，邑八景之一也。数年恒不一见。孙公子禹年，与同人饮楼上，忽见山头有孤塔耸起，高插青冥。相顾惊疑，念近中无此禅院。无何，见宫殿数十所，碧瓦飞甍，始悟为山市……又闻有早行者，见山上人烟市肆，与市无别，故又名鬼市。”
海市蜃楼这种奇特的光学现象，一般在无风的时候才能看到，而且距观察者很远。否则，风会把各种密度不同的空气层调匀，那就看不到奇妙的海市幻景了。
揭示了海市蜃楼产生的奥秘，人们就可以人工制造海市蜃楼幻景。最近，日本碳化物工业公司正在动工建造一座可随人意而出现的海市蜃楼，地点在东京西北约500公里的鱼津市公园内。根据这家公司的设计方案，这个人工蜃景，房间设备长20米，宽6米，中间有两道玻璃墙分隔开，在墙中间的空隙里，充上空气或氙气，当光线通过它们时，发生折射，就会产生人工的海市蜃楼奇景。
“忽闻海上有仙山，山在虚无缥缈间。”白居易的“仙山”，大概就是一种当时人们还不了解的海市蜃楼。什么时候，我们也有幸到东海之滨，去看看旅游胜地的人工“海市”，领略一下白居易诗中“仙山”的风采呢?
海市蜃楼和蜃景
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。蜃景有两个特点：一是在同一地点重复出现，比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景;二是出现的时间一定，比如我国蓬莱的蜃景大多出现在每年的5、6月份，俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现，而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现。
蜃景和海市蜃楼，是大气光学现象。光线经过不同密度的空气层后发生显著折射，使远处景物显示在半空中或地面上的奇异幻景，常发生在海上或沙漠地区。古时传说这种幻景是海里的蜃吐气而成的，故而得名。在平静无风的海面、湖面或沙漠上，有时眼前会突然耸立起亭台楼阁、城郭古堡，或者其他物体的幻影，虚无缥缈，变幻莫测，宛如仙境，这就是海市蜃楼，简称蜃景。
海市蜃楼的模拟实验
在一间不通风的屋子里，把一块长1.5米、宽20厘米的平滑铁片横放在几根用铁管(或木棍)做成的小柱子上，在铁片上撒薄薄一层沙，做成沙漠型的表面。用深色的纸剪成树和骆驼贴在一块毛玻璃(或乳白色玻璃)上。把玻璃板放在铁片的一端和铁片垂直，使树和骆驼露在沙层上面。用一只手电筒在玻璃板后下方向上照射，在铁片的另一端看去，好像树木和骆驼后面衬托着明亮天空一样。把3只较小的煤球炉放在铁片下面来加热(或用一只长型的炭盆)，注意铁片各处加热要均匀，特别是靠近毛玻璃一端三分之二的地方。
当加热一定时间以后，用手靠近沙面感到很热时，开始沿薄铁片往毛玻璃方向观察，就能发现沙面下方出现树木和骆驼的倒影，好像树木和骆驼旁边有湖水时所形成的倒影一样，这种现象就是“海市蜃楼”。
其实无论是哪一种海市蜃楼，只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现。当大风一起，引起上下层空气的搅动混合，上下层空气密度的差异减小，光线没有什么异常折射，所有的幻景就立刻消失。