彩虹是如何形成的？

你有沒有見過照片中這樣的場景：在一道彩虹旁邊，還有另一道顏色稍暗些的彩虹？第二道彩虹的顏色順序跟第一道彩虹相反，它叫副虹，也叫霓。

像這張照片中的兩道彩虹并不常見。你也許知道：彩虹是太陽光照在水珠上發(fā)生折射和反射形成的。一般我們只能夠看到一道彩虹。你知道這樣的兩道彩虹是怎樣形成的嗎？

空氣中的水滴相當(dāng)于牛頓手里的那個三棱鏡。陽光通過水滴的時候，水滴不僅能改變陽光的方向，而且像三棱鏡一樣把陽光分解成紅到紫七種顏色。不同顏色的光的折射率是不一樣的，紅光的折射率最大，紫光的折射率最小，所以陽光通過水滴以后，通過反射和折射，使我們看到內(nèi)紫外紅這種第一道彩虹。有些時候陽光第一次進(jìn)入水滴后先進(jìn)行了一次折射，然后在水滴內(nèi)部反射，離開水滴的時候又進(jìn)行了一次折射，最后返入我們的眼睛，這時候我們就會看到第二道彩虹。

有時候，你甚至能看到第三道、第四道彩虹，它們叫作裳，是陽光進(jìn)入水滴以后進(jìn)行3次、4次內(nèi)反射形成的。此時光能的消耗更大，所以第三道、第四道彩虹的顏色看起來會更淡。在自然界中，第三道彩虹十分罕見，第四道彩虹我們的肉眼幾乎看不見。

自然彩虹能否被地面上的人看到，陽光進(jìn)入水滴的角度這個因素也十分重要。這個角度是由太陽高度角決定的。只有在太陽高度角低于42°的時候，我們站在地面上才能看到彩虹；高于42°，站在地面上的人們一般是看不到彩虹的。

可見，站在地面上的我們要看見彩虹，條件還是比較苛刻：第一是陽光要穿過空氣中的水滴；第二是發(fā)生現(xiàn)象的時候，太陽的高度角要低于"42°；第三還要有相應(yīng)的大氣透明度。綜合滿足這三種條件，才有可能出現(xiàn)彩虹?！八谷巳舨屎?，遇上方知有”表達(dá)的正是人們遇見彩虹的驚喜。

通常我們只能看到的彩虹是一段圓弧，能夠看到半圓形的彩虹也算是幸運(yùn)了。但其實(shí)真正的彩虹是一個完整的圓形。飛機(jī)飛行在太陽和雨中間的時候，如果大家有幸坐在飛機(jī)上，就能看到一個全圓的彩虹。之所以我們看到的彩虹只有一半甚至只有一段圓弧，是因?yàn)榈仄骄€限制了我們的視野?？梢哉f是地平線直接把另一部分彩虹給切割掉了。

為什么那里的彩虹多？

要想看美麗的彩虹，你知道去哪兒看到它的概率比較大嗎？推薦你去中國彩虹之都——新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇縣。目前有觀測數(shù)據(jù)為證，昭蘇是我國夏季彩虹出現(xiàn)次數(shù)最多的縣。因此它于2018年被評為中國彩虹之都。為什么那里會有如此多的彩虹呢？

彩虹的出現(xiàn)和雷陣雨是密切相關(guān)的。雷陣雨也叫太陽雨，在氣象觀測記錄上通常記為雷暴。在全國兩千多個縣中，昭蘇夏季年平均雷陣雨日數(shù)為86天，名列全國第三。

頻繁的雷陣雨出現(xiàn)和它的氣候背景和地形有關(guān)。昭蘇位于我國新疆西部的伊犁河谷，伊犁河谷是天山的一個山間盆地。伊犁河谷三面環(huán)山，是向西開的一個喇叭口地形，西邊低、東邊高。它就像一個超級集雨器，西邊的喇叭口可以最大程度吸收來自大西洋甚至里海、黑海的水汽。而昭蘇就在伊犁河谷降水最豐沛的地方，而且它的地形相當(dāng)于小型的伊犁河谷，同樣是向西敞開、三面環(huán)山，是一個高位的山間盆地。這樣一來，昭蘇這個地方的集雨效果幾乎是翻倍的。昭蘇縣城年降水量超過500毫米，是新疆降水量最多的縣，幾乎和我國的華北地區(qū)相當(dāng)，而周邊山區(qū)的降水量則在800到1200毫米。

昭蘇的降水不僅量大，而且分布不均。每年5到9月的降水量差不多能占到全年降水量的五分之四，6到7月的降水量可以達(dá)到全年降水量的五分之三。也就是說，每年夏季是昭蘇一年中水汽含量特別豐富且最為集中的時段，為夏季雷陣雨的產(chǎn)生提供了條件。

作為山間高位盆地，昭蘇縣城海拔在1800到2400米。這意味著，夏季熾熱的陽光迅速把地面烤熱，于是靠近地面的空氣升溫迅速；夏日午后，昭蘇的空氣下面熱、上面冷，這種“頭重腳輕”的空氣很容易形成了特別旺盛的強(qiáng)對流。

一方面昭蘇的水汽含量高，另一方面由于是高位的山間盆地，夏季午后強(qiáng)對流特別容易發(fā)生，這兩個自然條件導(dǎo)致昭蘇夏季的雷陣雨特別多。昭蘇的雷陣雨日數(shù)能在全國排第三名呢！為什么中國彩虹之都的桂冠沒有“花落”到雷陣雨日數(shù)排名第一和第二的地方？這是由站在地面上看彩虹的第二個條件——太陽高度角低于42°所決定的。太陽高度角和當(dāng)?shù)氐木暥仁敲芮邢嚓P(guān)的。在同一天的同一時刻，太陽高度角是由當(dāng)?shù)氐木暥葲Q定的，緯度越低的地方太陽高度角就越高。昭蘇的雷陣雨日數(shù)雖然排名全國第三，低于我國的海南澄邁和廣西東興，但是因?yàn)檫@兩個地區(qū)緯度很低，都在北回歸線以南，這也就意味著昭蘇夏季太陽高度角低于42°的時間要比排名前兩位的多得多。因此，夏季站在地面上看彩虹，昭蘇的機(jī)會是最多的。簡單來說，昭蘇夏季擁有我國北回歸線以北最多的雷陣雨次數(shù)，正是昭蘇成為中國彩虹之都的天然優(yōu)勢。

要形成彩虹，大氣的透明度這個因素也是非常重要的。昭蘇的地貌主要是山間草原，所以空氣非常純凈，每次下過雨后，空氣中的水滴不僅大而圓、且特別透明，彩虹形成后的觀賞品質(zhì)特別好。就是因?yàn)檎烟K的夏季彩虹具有這么多優(yōu)勢，所以氣象學(xué)家們開始對昭蘇的彩虹進(jìn)行觀測和研究，從而為彩虹預(yù)報(bào)打好基礎(chǔ)。

怎樣預(yù)報(bào)彩虹？

彩虹是發(fā)生在大氣層中的光學(xué)現(xiàn)象——它是跨界的，既是天氣現(xiàn)象，也是光學(xué)現(xiàn)象。作為一種天氣現(xiàn)象來說，天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)就是樣本的積累，所以彩虹預(yù)報(bào)也是如此。昭蘇在2017年3月8日制定了全國第一個彩虹觀測的試運(yùn)行規(guī)范，在全國率先開始了彩虹觀測。在短短不到三年的時間里，昭蘇就建立起了國內(nèi)第一家彩虹基因庫?；驇炖镉袔装贄l彩虹數(shù)據(jù)，為彩虹預(yù)報(bào)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

昭蘇的彩虹預(yù)報(bào)有它自己的技術(shù)路線。因?yàn)樗械奶鞖猬F(xiàn)象都跟環(huán)流（就是大氣運(yùn)動）相關(guān)，昭蘇的彩虹基本上都是在下午出現(xiàn)，所以氣象學(xué)家們是通過找出全球環(huán)流的規(guī)律來完成彩虹預(yù)報(bào)的第一步。

在找到相應(yīng)的環(huán)流背景后，就需要研究對流性降水預(yù)報(bào)。對流性降水的預(yù)報(bào)難度比較大，目前來看，采用高分辨率的降水?dāng)?shù)值，可以比較準(zhǔn)確地提前24小時預(yù)報(bào)。

再下一步，氣象學(xué)家們就要看氣象雷達(dá)了。根據(jù)目前對昭蘇彩虹出現(xiàn)的分析和研究，氣象學(xué)家們發(fā)現(xiàn)彩虹出現(xiàn)的時候一般都有積雨云。積雨云的移動路徑，可以很清楚地在氣象雷達(dá)上看到，進(jìn)而跟蹤積雨云的發(fā)展雷，就能大幅度提高對陣雨天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。隨著科技的發(fā)展，很可能像預(yù)報(bào)風(fēng)霜雨雪一樣，將來的彩虹預(yù)報(bào)也變成數(shù)值模式。這應(yīng)該是未來的發(fā)展趨勢。

做好準(zhǔn)備，去追彩虹！

“騎著天馬追彩虹”是昭蘇旅游的亮麗名片。想起遼闊的大美新疆，你是不是也想去昭蘇看彩虹？去那里看彩虹需要做哪些準(zhǔn)備工作呢？

建議大家在6、7、8這三個月去。昭蘇氣象局會發(fā)布彩虹預(yù)報(bào)，大家可留意查看。一定要記得準(zhǔn)備好雨衣和雨傘——雨衣自己穿，雨傘留給相機(jī)用。相機(jī)最好帶廣角鏡頭、偏振鏡頭（有條件的還可帶180°的魚眼鏡頭），能拍出更完整、更漂亮的彩虹照片。昭蘇的7月一般最高溫度不超過25℃，平均溫度15℃左右，比較寒涼，要注意做好保暖工作。

根據(jù)氣象學(xué)家們的研究，昭蘇積雨云的移動路徑還是比較有規(guī)律的。積雨云先向西、再向南運(yùn)動，彩虹正好出現(xiàn)在積雨云移動的路徑上。也就是說從目前的觀測記錄看，先在軍馬場，然后再到濕地公園，再到夏塔山谷，這三個地點(diǎn)是昭蘇彩虹出現(xiàn)最多的地方。追彩虹一定要提前在下午四五點(diǎn)這個時間等著。祝愿大家能不虛此行，在昭蘇看到最美麗、最驚艷的彩虹！