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分看看自然萬物，這篇文章可能會幫助你更好的觀察，順便可以得出一些其他的有趣的結論。
注意：本文會長期更新，因為可講的東西實在太多了。其次是這篇帖子放在百科中的原因，因為會涉及到很多的科學理論，自然現象，不過也會有一些類似抒情的語句和我個人的一些想法，雖然算不上有多科學，但確實是我個人觀測到的，這部分我會標注出來，如果有想法不一樣的，歡迎討論。
        根據定義，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。此線是國際航空聯合會（國際的航空航天標準制定、記錄保存機構）所接受的，為現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。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，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，就會受到水汽凝結時的釋放潛熱所致，因此平均每上升100米，氣溫就會約下降0.6 度，但其實不是恒定的0.6，其取值范圍在0.4到0.9之內，會受溫度與壓強影響。但是我們如果用這個去估計比如登山時氣溫是多少，然后穿什么樣的衣服，那肯定是不行的。因為由于大氣在表面存在氣壓差，會在力的作用下運動形成風，更不用說受到地形影響，風的大小和方向都會變化，所以我們應該根據風寒指數來估計體感溫度。計算的話主流有Siple-Passel風寒公式和Steadman風寒公式。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。不過請大家牢記，當空氣開始運動時，應主要考慮局部的小環流，因為我們主要是討論自身如何去觀察，而且因為地形的影響，很多大的環流被層層攔截了下來，所以最需要注意的是當地的地形。（城市中生活的同學們可以去看看“五島效應”）
        說了這么多，我們一直是以科學家的角度去看待的天空，下面我們來看看，畫家，尤其是寫實主義，這個非常注意光與影的流派，他們是如何觀察的。有關一些科學原理的會在后面接著討論。
        畫家有時候會去制作一種天空色卡，用來更好的描述天空的本來面目。當我們的視線從天頂移向地平線，我們會發現，天空的顏色會變的更淺，因為有更多的大氣層散射了光線。地平線處，根據觀察的時間和方向，從蔚藍變成暖灰，再變成暗橙色，但通常比上方的顏色淺一些。
        當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，因為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，太陽這時候正在輪廓線后面，在對日點也有一個較弱但很明顯的發光與之相對。（后面會講對日點）當我們背對太陽的時候，如果有云彩，我們會發現云彩的頂部和中部是明亮的，而側面和底部顏色較深。小塊云彩的顏色不是很白，這是因為沒有大團的水蒸氣團來反射太陽光。
        天空中藍色最深的地方有一個形象的名字，叫”天空之井“，它一般出現在日出日落時的天頂處，精確來說，是天頂距離日落點95°的地方，其他時間距離太陽約為65°。（下次繼續討論看天得到的細節）

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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有一層光暈。當光線掠過空氣，被空氣中尤其是光源附近的塵埃散射，就會形成暈環。不僅如此，當光線進入人眼，它在眼睫毛（相當于光柵），角膜，晶狀體，房水，玻璃樣酸等中發生散射，溢出的光線提高了色值，并且在深色區域形成金色光暈，這正是我們看夕陽西下時看到天際線上那些光暈出現的原因。我們把這個叫做色冠。
任何明亮的光源或者反射光源附近都會形成色冠，且呈現的是光源的本色。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（歐普藝術中用這類技術）。
而攝像鏡頭中常會出現放射狀，環狀或者六邊形狀的閃光，我們叫這個鏡頭鬼影。所以拍攝時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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本來應該先講空氣透視和反空氣透視的，但是我覺得先講一個有意思的概念吧。不知大家有沒有發現，在樹木發芽的時節，春天，尤其是春末夏初時分，這時如果遇見好天氣，晴空萬里，我們透過樹木的枝杈間遙望天空，再與直接極目遠眺對比，我們發現從枝杈間看到的天空似乎更加綠一些，由此顯得更加通透，有一種透明的質感（個人感覺）這其實是有原因的。因為樹木萌發新葉，在這些枝杈之間也有許許多多的小葉，其實有一部分光線是透過這些小葉傳播過來的。但是因為它們太小了，我們不易察覺，就好像遠望夕霧花或者滿天星，像霧氣一樣。在繪制寫實主義畫作的時候建議注意這個問題，可以讓畫面更加真實。這些現象被稱為天空洞。（后面討論木漏れ日的時候會繼續說明樹葉枝杈間隙對欣賞的作用）

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接著我們繼續跳過那兩個概念，講一些比較直觀的。在日落時分，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，所以更多的藍色光被空氣散射，天空顯得更加蔚藍，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，投影也比平時顯得更藍，這時的天空顯得格外的藍。
夕陽周圍的天空顏色有了明顯變化，天空呈現藍色，地平線處則是淺黃色和暗紅色，在太陽落山的那個地方，色值和色度變化都非常大。我們稱這段時間為魅力時刻。這段時間不管是繪畫還是攝影，觀賞，都是絕佳的時段，一般就在太陽落山時分，季節交替時分觀察格外迷人

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接著說夕陽。很多人應該都看過黃昏時分的天空，有時月亮已經升上了天空，也可以看得到金星或者軒轅十四，我個人就很喜歡這時的天空。如果空氣中充斥著濕氣和塵土，那么夕陽周圍的云彩就會呈現醒目的紅色或者黃色，太陽與地平線相交的地方，就會呈現清晰的紅橙色光。日落的顏色往往較日出的顏色亮麗，這是因為大氣層受到了太陽光照射了一整天之故。此外，日落時份的大氣層低空帶比較日出時分有著較多的灰塵，這是因為在日照的整天里，太陽光照射至地球的表面，降低了相對濕度，但增加了風速及湍流，而使得灰塵留在空氣里。較低的濕度會衍生出更明亮的顏色，因為大氣中的水會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產生更低的空氣濕度更利于出現霞光。
夕陽的顏色和天氣有關，低日落說明第二天一般會是好天氣.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，說明有點紅色的日暈，俗語說“日暈風，月暈雨”，第二天可能要變天。但是對空氣能見度本來就差的工業城市不適用。深藍色的天空是俗語說的“殺青天”，第二天有風雨。淺藍色的天空代表好天。臺風來臨前夕的夕陽會變成橙色、紫色或是粉紅色。
這里提幾個關于晚霞攝影的tips：云量在你所要想拍攝的方位占有30%～70%時，是形成霞光美景較好的時候。風向與風量的變化可能會導致云層形成波紋狀或巨浪狀，有時風能創造出一個恰到好處的效果，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，如果時間太久，等你到了拍攝地點，估計什么都拍不到了。一般在日出日落的前后30分鐘里可以拍出不錯的作品。當然有時候太陽在地平線上升前或降落后的10-20分鐘的余暉會更加的壯麗，所以不要想著太陽沒有出來或已經落山了就沒有戲了。
（有點晚了，剩下的放到下面講）

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接著說夕陽。較弱的光會出現在對日點。對日點是在天球上正好在太陽對面，觀測者想像中的一個點。這意味著當這個點運行到地平線以上時，太陽是在地平線下；反之亦然。在陽光明媚的日子，很容易找到對日點：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，一個灰色帶在正對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消失在天際，最終只會有一點點淡淡的紫色。
黎明的第一個小時里，前面的顏色會逆序出現。空氣中如果有浮塵，則會出現粉紅色的光。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，黃昏時分，較高的云較白一些，較低的則呈現黃色或紅色。當光趨近地球的投影線時，就會變得更暗更紅，這一點與紅月的形成類似。夕陽西下，地球表面逐漸褪色，天文昏影出現，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間，這個我實踐過，但沒有總結出什么規律，都是憑感覺。
有興趣的同學可以搜一下“晨昏蒙影”

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相信看了前面寫的應該對灰塵氣溶膠之類的作用有一定認識了，除了常見的瑞利散射（天為什么是藍的）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。當我們遙望遠方，會發現顏色最深的地方最先改變，變得更淺更藍（其實差不多就是瑞利散射，只不過一般人會忽略）。黑色的物體也會變淺，在其中混入少許藍色或紫色。物體處于含有灰塵的大氣間，被光線照到，其色彩會失去飽和度，變成高級灰。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，當物體的有光無光部分不再明顯，物體也不再清晰可辨，但細節依然存在。
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變成了紅色或橙色，同樣中午時分，接近地平線處，云彩的橙色越來越濃，色值也更深。光線變弱時，一般物體的輪廓會與天邊地平線融為一體，而白色物體在很遠的地方仍能看到，即使其他物體仿佛融入了天空一般。

大氣透視效應僅發生在空氣中的微粒被照亮的時候。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候，照到的部分就會變得很亮。

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當然，大自然的很多現象都有特例，比如存在空氣透視現象就存在反空氣透視現象?？諝馔敢暤臅r候，鮮亮色調先行，暗淡色調靠后，然而，當灰霾和濕氣在太陽附近，尤其是日出和日落時，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。太陽周圍有一個耀眼的橙色光暈，照亮了遠處的深色物體，亮度可以在一般情況下將藍色變淺。午后時分，如果有塵埃霧霾的話，會更明顯。19世紀的作家拉爾夫愛默生很是欣賞這種景象，發表過很多詩一般的文字來贊揚該現象。

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今天我們先講講云翳的觀賞，這個比較簡單。所謂云翳，其實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，有時配合空氣中的浮塵，形成丁達爾效應，我們可以看到光條，這個被稱為云隙光，有的地方也叫基督光，會給人一種神圣的感覺。從動態的角度來看，我們經常能感受到光線一下子增強，這其實就是云移開了而已，而我們的眼睛在不斷適應，就像攝像機的光圈，而且還是評價測光，自動光圈。
在看一些寫實主義繪畫的時候，一些畫家會巧妙利用云翳，周圍都是云彩的投影，而云隙光照亮的地方會讓我們把目光對準那里，因為在這種情況下人的眼睛總是轉向最亮的地方。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與云白色之間。這時根據觀察云翳的一般規律。
（甚至可以估計云彩的移動速度，結合自己的移動速度，使用幾何平均數來估計較為準確）

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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，積雪會對道路，房屋，電線等造成損害，表現在增重，凍融等現象。由于積雪的疏松多孔，下大雪后積雪起一個消音器的作用，樹林中會變得格外寂靜。
雪表面會發生很多漫反射，可能會造成雪盲。然而，很多人不知道的是，雪下會發生許多的散射，尤其是粉末狀的新雪。
最佳觀察雪的日子是晴朗的某一天，觀察時剛剛下過的雪旁邊最好有一個不透明的白色物體，雪上小的投影邊緣會比較模糊，顏色也較淺。太陽光從后面照過來，雪下發生的散射進入到陰影部分，沿著分界線照亮邊緣。
在這個過程中，因為紅色光被吸收了，雪下面散射的光在我們看來呈現藍綠色調，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，顏色也變得更暗，一是累計了不少臟東西，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，有時積雪未融干凈，又下新雪，把新雪吹進積雪窟窿，這是觀察新舊積雪區別的好方法。
在我們看繪畫作品時，我們可能會發現，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，實際上確實如此。