研究與觀察（長期更，超長警告）

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相信很多人都喜歡閑暇時(shí)分看看自然萬物，這篇文章可能會(huì)幫助你更好的觀察，順便可以得出一些其他的有趣的結(jié)論。
注意：本文會(huì)長期更新，因?yàn)榭芍v的東西實(shí)在太多了。其次是這篇帖子放在百科中的原因，因?yàn)闀?huì)涉及到很多的科學(xué)理論，自然現(xiàn)象，不過也會(huì)有一些類似抒情的語句和我個(gè)人的一些想法，雖然算不上有多科學(xué)，但確實(shí)是我個(gè)人觀測到的，這部分我會(huì)標(biāo)注出來，如果有想法不一樣的，歡迎討論。
        根據(jù)定義，天空可以分為天(也就是我們常說的外層空間，是大氣層以外的那部分。)和空(大氣層內(nèi)部的那部分）。天與空的界限為卡門線（Kármán line），是一條位于海拔100 km（330,000英尺）處，被大部分認(rèn)可為外太空與地球大氣層的界線的分界線。此線是國際航空聯(lián)合會(huì)（國際的航空航天標(biāo)準(zhǔn)制定、記錄保存機(jī)構(gòu)）所接受的，為現(xiàn)行大氣層和太空的界線的定義。
        我們首先先從離我們近的空出發(fā)。大氣的成分就不多說了，相信很多人都聽過氣溫垂直遞減率，也可以叫做絕熱率，是表征氣體隨高度增加其氣溫的變化程度的物理量。在干空氣時(shí)，海拔大約平均每上升100米，氣溫就下降約1攝氏度。含有水汽的較濕空氣，就會(huì)受到水汽凝結(jié)時(shí)的釋放潛熱所致，因此平均每上升100米，氣溫就會(huì)約下降0.6 度，但其實(shí)不是恒定的0.6，其取值范圍在0.4到0.9之內(nèi)，會(huì)受溫度與壓強(qiáng)影響。但是我們?nèi)绻眠@個(gè)去估計(jì)比如登山時(shí)氣溫是多少，然后穿什么樣的衣服，那肯定是不行的。因?yàn)橛捎诖髿庠诒砻娲嬖跉鈮翰?，?huì)在力的作用下運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)，更不用說受到地形影響，風(fēng)的大小和方向都會(huì)變化，所以我們應(yīng)該根據(jù)風(fēng)寒指數(shù)來估計(jì)體感溫度。計(jì)算的話主流有Siple-Passel風(fēng)寒公式和Steadman風(fēng)寒公式。而且還有水汽這種東西，與灰塵相遇，形成霧，在人身上變成小水滴，讓人感覺更冷。不過請(qǐng)大家牢記，當(dāng)空氣開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)主要考慮局部的小環(huán)流，因?yàn)槲覀冎饕怯懻撟陨砣绾稳ビ^察，而且因?yàn)榈匦蔚挠绊?，很多大的環(huán)流被層層攔截了下來，所以最需要注意的是當(dāng)?shù)氐牡匦巍＃ǔ鞘兄猩畹耐瑢W(xué)們可以去看看“五島效應(yīng)”）
        說了這么多，我們一直是以科學(xué)家的角度去看待的天空，下面我們來看看，畫家，尤其是寫實(shí)主義，這個(gè)非常注意光與影的流派，他們是如何觀察的。有關(guān)一些科學(xué)原理的會(huì)在后面接著討論。
        畫家有時(shí)候會(huì)去制作一種天空色卡，用來更好的描述天空的本來面目。當(dāng)我們的視線從天頂移向地平線，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，天空的顏色會(huì)變的更淺，因?yàn)橛懈嗟拇髿鈱由⑸淞斯饩€。地平線處，根據(jù)觀察的時(shí)間和方向，從蔚藍(lán)變成暖灰，再變成暗橙色，但通常比上方的顏色淺一些。
        當(dāng)我們的視線逐漸接近太陽，天空的顏色就變得更淺更加鮮明，因?yàn)?font color="red">大量的白光被大氣里大的顆粒以淺角散射。離太陽近的地方要更亮一些，我們叫這個(gè)太陽眩光（Sun Dazzle）。如果想要看的更清楚一些，可以站在大樓的投影邊緣附近，太陽這時(shí)候正在輪廓線后面，在對(duì)日點(diǎn)也有一個(gè)較弱但很明顯的發(fā)光與之相對(duì)。（后面會(huì)講對(duì)日點(diǎn)）當(dāng)我們背對(duì)太陽的時(shí)候，如果有云彩，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)云彩的頂部和中部是明亮的，而側(cè)面和底部顏色較深。小塊云彩的顏色不是很白，這是因?yàn)闆]有大團(tuán)的水蒸氣團(tuán)來反射太陽光。
        天空中藍(lán)色最深的地方有一個(gè)形象的名字，叫”天空之井“，它一般出現(xiàn)在日出日落時(shí)的天頂處，精確來說，是天頂距離日落點(diǎn)95°的地方，其他時(shí)間距離太陽約為65°。（下次繼續(xù)討論看天得到的細(xì)節(jié)）

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下面簡單介紹一下，我們看到的亮色周圍為什么會(huì)有一層光暈。當(dāng)光線掠過空氣，被空氣中尤其是光源附近的塵埃散射，就會(huì)形成暈環(huán)。不僅如此，當(dāng)光線進(jìn)入人眼，它在眼睫毛（相當(dāng)于光柵），角膜，晶狀體，房水，玻璃樣酸等中發(fā)生散射，溢出的光線提高了色值，并且在深色區(qū)域形成金色光暈，這正是我們看夕陽西下時(shí)看到天際線上那些光暈出現(xiàn)的原因。我們把這個(gè)叫做色冠。
任何明亮的光源或者反射光源附近都會(huì)形成色冠，且呈現(xiàn)的是光源的本色。在畫作中描繪色冠，可以讓光源顯得比白紙更亮，讓人情不自禁瞇上眼睛（歐普藝術(shù)中用這類技術(shù)）。
而攝像鏡頭中常會(huì)出現(xiàn)放射狀，環(huán)狀或者六邊形狀的閃光，我們叫這個(gè)鏡頭鬼影。所以拍攝時(shí)可不要以為是有流星哦。這些是鏡頭透鏡散射光線引起的。

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本來應(yīng)該先講空氣透視和反空氣透視的，但是我覺得先講一個(gè)有意思的概念吧。不知大家有沒有發(fā)現(xiàn)，在樹木發(fā)芽的時(shí)節(jié)，春天，尤其是春末夏初時(shí)分，這時(shí)如果遇見好天氣，晴空萬里，我們透過樹木的枝杈間遙望天空，再與直接極目遠(yuǎn)眺對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)從枝杈間看到的天空似乎更加綠一些，由此顯得更加通透，有一種透明的質(zhì)感（個(gè)人感覺）這其實(shí)是有原因的。因?yàn)闃淠久劝l(fā)新葉，在這些枝杈之間也有許許多多的小葉，其實(shí)有一部分光線是透過這些小葉傳播過來的。但是因?yàn)樗鼈兲×?，我們不易察覺，就好像遠(yuǎn)望夕霧花或者滿天星，像霧氣一樣。在繪制寫實(shí)主義畫作的時(shí)候建議注意這個(gè)問題，可以讓畫面更加真實(shí)。這些現(xiàn)象被稱為天空洞。（后面討論木漏れ日的時(shí)候會(huì)繼續(xù)說明樹葉枝杈間隙對(duì)欣賞的作用）

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接著我們繼續(xù)跳過那兩個(gè)概念，講一些比較直觀的。在日落時(shí)分，如果太陽的高度非常低，以至于光線幾乎與地面平行，光可以看作以切線的形式與地球交叉，與中午時(shí)分相比，光線在空氣中穿行的距離變長。我們知道，紅外端的衍射能力大于紫外端，所以更多的藍(lán)色光被空氣散射，天空顯得更加蔚藍(lán)，其余的陽光由于光通量減少，也不是那么明亮了，更多的顯示橙色或者紅色。落日將物體染成了金色，投影也比平時(shí)顯得更藍(lán)，這時(shí)的天空顯得格外的藍(lán)。
夕陽周圍的天空顏色有了明顯變化，天空呈現(xiàn)藍(lán)色，地平線處則是淺黃色和暗紅色，在太陽落山的那個(gè)地方，色值和色度變化都非常大。我們稱這段時(shí)間為魅力時(shí)刻。這段時(shí)間不管是繪畫還是攝影，觀賞，都是絕佳的時(shí)段，一般就在太陽落山時(shí)分，季節(jié)交替時(shí)分觀察格外迷人

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接著說夕陽。很多人應(yīng)該都看過黃昏時(shí)分的天空，有時(shí)月亮已經(jīng)升上了天空，也可以看得到金星或者軒轅十四，我個(gè)人就很喜歡這時(shí)的天空。如果空氣中充斥著濕氣和塵土，那么夕陽周圍的云彩就會(huì)呈現(xiàn)醒目的紅色或者黃色，太陽與地平線相交的地方，就會(huì)呈現(xiàn)清晰的紅橙色光。日落的顏色往往較日出的顏色亮麗，這是因?yàn)榇髿鈱邮艿搅颂柟庹丈淞艘徽熘?。此外?font color="red">日落時(shí)份的大氣層低空帶比較日出時(shí)分有著較多的灰塵，這是因?yàn)樵谌照盏恼炖?，太陽光照射至地球的表面，降低了相?duì)濕度，但增加了風(fēng)速及湍流，而使得灰塵留在空氣里。較低的濕度會(huì)衍生出更明亮的顏色，因?yàn)榇髿庵械乃畷?huì)吸收部分的光而損失并過濾掉部分顏色。所以在秋冬季通常比在溫暖的季節(jié)產(chǎn)生更低的空氣濕度更利于出現(xiàn)霞光。
夕陽的顏色和天氣有關(guān)，低日落說明第二天一般會(huì)是好天氣.就是俗話說的“朝霞不出門,晚霞行千里”。高日落通常是天氣不好的象征。鮮黃色的夕陽，說明第二天天氣晴朗。紅色的夕陽，說明有點(diǎn)紅色的日暈，俗語說“日暈風(fēng)，月暈雨”，第二天可能要變天。但是對(duì)空氣能見度本來就差的工業(yè)城市不適用。深藍(lán)色的天空是俗語說的“殺青天”，第二天有風(fēng)雨。淺藍(lán)色的天空代表好天。臺(tái)風(fēng)來臨前夕的夕陽會(huì)變成橙色、紫色或是粉紅色。
這里提幾個(gè)關(guān)于晚霞攝影的tips：云量在你所要想拍攝的方位占有30%～70%時(shí)，是形成霞光美景較好的時(shí)候。風(fēng)向與風(fēng)量的變化可能會(huì)導(dǎo)致云層形成波紋狀或巨浪狀，有時(shí)風(fēng)能創(chuàng)造出一個(gè)恰到好處的效果，從而反射出更綺麗的紅光。另外在日出或日落之前，少許微風(fēng)也有助于減少空氣中的塵埃。要確保你所在位置離你拍攝的位置的距離足夠近，最好不要超過10分鐘的距離，如果時(shí)間太久，等你到了拍攝地點(diǎn)，估計(jì)什么都拍不到了。一般在日出日落的前后30分鐘里可以拍出不錯(cuò)的作品。當(dāng)然有時(shí)候太陽在地平線上升前或降落后的10-20分鐘的余暉會(huì)更加的壯麗，所以不要想著太陽沒有出來或已經(jīng)落山了就沒有戲了。
（有點(diǎn)晚了，剩下的放到下面講）

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接著說夕陽。較弱的光會(huì)出現(xiàn)在對(duì)日點(diǎn)。對(duì)日點(diǎn)是在天球上正好在太陽對(duì)面，觀測者想像中的一個(gè)點(diǎn)。這意味著當(dāng)這個(gè)點(diǎn)運(yùn)行到地平線以上時(shí)，太陽是在地平線下；反之亦然。在陽光明媚的日子，很容易找到對(duì)日點(diǎn)：它就在觀測者的頭部與影子頭部鏈接的延長線上。太陽下山后，一個(gè)灰色帶在正對(duì)著太陽的地平線處升起，這是地球自身的投影，或者叫地影，和山影一樣，都是近來新興的觀賞景象。最終所有瑰麗的景色全部會(huì)消失在天際，最終只會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)淡淡的紫色。
黎明的第一個(gè)小時(shí)里，前面的顏色會(huì)逆序出現(xiàn)。空氣中如果有浮塵，則會(huì)出現(xiàn)粉紅色的光。華茲華斯稱其為“壯觀的景色，普通的一天”。
一般認(rèn)為，和臨近地表面的光相比，照亮云層頂部的光顯得更白一些，黃昏時(shí)分，較高的云較白一些，較低的則呈現(xiàn)黃色或紅色。當(dāng)光趨近地球的投影線時(shí)，就會(huì)變得更暗更紅，這一點(diǎn)與紅月的形成類似。夕陽西下，地球表面逐漸褪色，天文昏影出現(xiàn)，最終一切都變成了深色，夜幕降臨。
天文昏影可以用來判斷時(shí)間，這個(gè)我實(shí)踐過，但沒有總結(jié)出什么規(guī)律，都是憑感覺。
有興趣的同學(xué)可以搜一下“晨昏蒙影”

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相信看了前面寫的應(yīng)該對(duì)灰塵氣溶膠之類的作用有一定認(rèn)識(shí)了，除了常見的瑞利散射（天為什么是藍(lán)的）和米氏散射（云為什么是白的），我們還有更常見的，繪畫上把它叫空氣透視。當(dāng)我們遙望遠(yuǎn)方，會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色最深的地方最先改變，變得更淺更藍(lán)（其實(shí)差不多就是瑞利散射，只不過一般人會(huì)忽略）。黑色的物體也會(huì)變淺，在其中混入少許藍(lán)色或紫色。物體處于含有灰塵的大氣間，被光線照到，其色彩會(huì)失去飽和度，變成高級(jí)灰。所有物體有光與無光部分的色值差異減少，最后在地平線處都變成單一色調(diào)，當(dāng)物體的有光無光部分不再明顯，物體也不再清晰可辨，但細(xì)節(jié)依然存在。
一般來說，明亮的白色物體顯得更亮，且輪廓也與明亮的黑色物體不同。隨著距離增加，白色物體的顏色變得更加鮮明，而不是更淡或者更灰。太陽的白光在接近地平線時(shí)變成了紅色或橙色，同樣中午時(shí)分，接近地平線處，云彩的橙色越來越濃，色值也更深。光線變?nèi)鯐r(shí)，一般物體的輪廓會(huì)與天邊地平線融為一體，而白色物體在很遠(yuǎn)的地方仍能看到，即使其他物體仿佛融入了天空一般。

大氣透視效應(yīng)僅發(fā)生在空氣中的微粒被照亮的時(shí)候。塵土，濕氣，薄霧，煙氣可以提高大氣透視的效果，原因是反射光增加，可以觀察到，陽光照到濕氣或者薄霧的時(shí)候，照到的部分就會(huì)變得很亮。

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當(dāng)然，大自然的很多現(xiàn)象都有特例，比如存在空氣透視現(xiàn)象就存在反空氣透視現(xiàn)象?？諝馔敢暤臅r(shí)候，鮮亮色調(diào)先行，暗淡色調(diào)靠后，然而，當(dāng)灰霾和濕氣在太陽附近，尤其是日出和日落時(shí)，空氣中接近地表的地方有大量塵埃，它們以淺角散射了太陽光。太陽周圍有一個(gè)耀眼的橙色光暈，照亮了遠(yuǎn)處的深色物體，亮度可以在一般情況下將藍(lán)色變淺。午后時(shí)分，如果有塵埃霧霾的話，會(huì)更明顯。19世紀(jì)的作家拉爾夫愛默生很是欣賞這種景象，發(fā)表過很多詩一般的文字來贊揚(yáng)該現(xiàn)象。

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今天我們先講講云翳的觀賞，這個(gè)比較簡單。所謂云翳，其實(shí)就是云把太陽光擋住了部分，然而我們一般喜歡看的是陽光從云層里穿透出來，有時(shí)配合空氣中的浮塵，形成丁達(dá)爾效應(yīng)，我們可以看到光條，這個(gè)被稱為云隙光，有的地方也叫基督光，會(huì)給人一種神圣的感覺。從動(dòng)態(tài)的角度來看，我們經(jīng)常能感受到光線一下子增強(qiáng)，這其實(shí)就是云移開了而已，而我們的眼睛在不斷適應(yīng)，就像攝像機(jī)的光圈，而且還是評(píng)價(jià)測光，自動(dòng)光圈。
在看一些寫實(shí)主義繪畫的時(shí)候，一些畫家會(huì)巧妙利用云翳，周圍都是云彩的投影，而云隙光照亮的地方會(huì)讓我們把目光對(duì)準(zhǔn)那里，因?yàn)?font color="red">在這種情況下人的眼睛總是轉(zhuǎn)向最亮的地方。光與陰影的邊緣要非常柔和，地面陰影間的間隔與天上云隙相匹配，陰影部分比陽光直射部分暗很多，顏色一般介于天空藍(lán)與云白色之間。這時(shí)根據(jù)觀察云翳的一般規(guī)律。
（甚至可以估計(jì)云彩的移動(dòng)速度，結(jié)合自己的移動(dòng)速度，使用幾何平均數(shù)來估計(jì)較為準(zhǔn)確）

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接下來我想先討論一種和云一樣同為白色的物體——雪。降雪也是降水的一種，積雪會(huì)對(duì)道路，房屋，電線等造成損害，表現(xiàn)在增重，凍融等現(xiàn)象。由于積雪的疏松多孔，下大雪后積雪起一個(gè)消音器的作用，樹林中會(huì)變得格外寂靜。
雪表面會(huì)發(fā)生很多漫反射，可能會(huì)造成雪盲。然而，很多人不知道的是，雪下會(huì)發(fā)生許多的散射，尤其是粉末狀的新雪。
最佳觀察雪的日子是晴朗的某一天，觀察時(shí)剛剛下過的雪旁邊最好有一個(gè)不透明的白色物體，雪上小的投影邊緣會(huì)比較模糊，顏色也較淺。太陽光從后面照過來，雪下發(fā)生的散射進(jìn)入到陰影部分，沿著分界線照亮邊緣。
在這個(gè)過程中，因?yàn)榧t色光被吸收了，雪下面散射的光在我們看來呈現(xiàn)藍(lán)綠色調(diào)，在雪地的凹陷處和冬天的冰面上都可以見到。
在雪逐漸累積的過程中，不僅變得緊實(shí)，顏色也變得更暗，一是累計(jì)了不少臟東西，這也是南極大陸污染物沉降的主要方式——大氣沉降，二是更多光線在雪下傳播時(shí)被吸收。在周圍變冷的過程中，冰晶在不斷生長變大，使雪變得更加耀眼，有時(shí)積雪未融干凈，又下新雪，把新雪吹進(jìn)積雪窟窿，這是觀察新舊積雪區(qū)別的好方法。
在我們看繪畫作品時(shí)，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，周圍有積雪的水面看起來要黑一些，陰影和輪廓也變暗了很多，實(shí)際上確實(shí)如此。