在平靜無風的海面航行或在海邊了望,往往會看到空中映現(xiàn)出遠方船舶、島嶼或城廓樓臺的影像；在沙漠旅行的人有時也會突然發(fā)現(xiàn),在遙遠的沙漠里有一片湖水,湖畔樹影搖曳,令人向往.可是當大風一起,這些景象突然消逝了.原來這是一種幻景,通稱海市蜃樓,或簡稱蜃景.
為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢?要解答這個問題,得先從光的折射談起. 　　
當光線在同一密度的均勻介質(zhì)內(nèi)進行的時候,光的速度不變,它以直線的方向前進,可是當光線傾斜地由這一介質(zhì)進入另一密度不同的介質(zhì)時,光的速度就會發(fā)生改變,進行的方向也發(fā)生曲折,這種現(xiàn)象叫做折射.當你用一根直桿傾斜地插入水中時,可以看到桿在水下部分與它露在水上的部分好像折斷的一般,這就是光線折射所成的,有人曾利用裝置,使光線從水里投射到水和空氣的交界面上,就可以看到光線在這個交界面上分兩部分：一部分反射到水里,一部分折射到空氣中去.如果轉(zhuǎn)動水中的那面鏡子,使投向交界面的光線更傾斜一些,那么光線在空氣中的折射現(xiàn)象就會顯得更厲害些.當投向交界面的光線如左下圖所示的情況時,光線就全部反射到水里,再沒有折射到空氣中去的光線了.這樣的現(xiàn)象叫做全反射. 　　
空氣本身并不是一個均勻的介質(zhì),在一般情況下,它的密度是隨高度的增大而遞減的,高度越高,密度越小.當光線穿過不同高度的空氣層時,總會引起一些折射,但這種折射現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)習慣了,所以不覺得有什么異樣. 　　
在夏季,白晝海水濕度比較低,特別是有冷水流經(jīng)過的海面,水溫更低,下層空氣受水溫更低,下層空氣受水溫影響,比上層空氣更冷,所以出現(xiàn)下冷上暖的反?，F(xiàn)象（正常情況是下暖上涼,平均每升高100米,氣溫降低0.6℃ 左右）.下層空氣本來就因氣壓較高,密度較大,現(xiàn)在再加上氣溫又較上層更低,密度就顯得特別大,因此空氣層下密上疏的差別異常顯著. 　　
假使在我們的東方地平線下有一艘輪船,一般情況下是看不到它的.如果由于這時空氣下密上稀的差異太大了,來自船舶的光線先由密的氣層逐漸折射進入稀的氣層,并在上層發(fā)生全反射,又折回到下層密的氣層中來；經(jīng)過這樣彎曲的線路,最后投入我們的眼中,我們就能看到它的像.由于人的視覺總是感到物像是來自直線方向的,因此我們所看到的輪船映像比實物是抬高了許多,所以叫做上現(xiàn)蜃景. 　　
我國渤海中有個廟島群島,在夏季,白晝海水溫度較低,空氣密度會出現(xiàn)顯著地下密上稀的差異,在渤海南岸的蓬萊縣（古時又叫登州）,常可看到廟島群島的幻影.宋朝時候的沈括,在他的名蓍《夢溪筆談》里就有這樣的記載：“登州海中時有云氣,如宮室臺觀,城堞人物,車馬冠蓋,歷歷可睹.”這就是他在蓬萊所看到的上現(xiàn)蜃景. 　　
公元1624年7月6日（明天啟四年五月二十一日）,登州海面上發(fā)生了歷時七個多小時的海市蜃樓,當時即將離任的登萊巡撫袁可立目睹了整個過程,心情十分激動,一首《海市詩》詳實地將當時的盛況記錄下來,文辭優(yōu)美,可以讓沒有見過海市的人,產(chǎn)生身臨其境的感覺,再加上董其昌的書法,成為東海上的不朽之作.1933年5月22日上午11點多鐘,青島前海（膠州灣外口）竹岔島上也曾發(fā)現(xiàn)過上現(xiàn)蜃景,一時轟傳全市,很多人前往觀看.1975年在廣東省附近的海面上,曾出現(xiàn)一次延續(xù)6小時的上現(xiàn)蜃景. 　　
不但夏季在海面上可以看到上現(xiàn)蜃景,在江面有時也可看到,例如1934年8月2日在南通附近的江面上就出現(xiàn)過.那天酷日當空,天氣特別熱,午后,突然發(fā)現(xiàn)長江上空映現(xiàn)出樓臺城廓和樹木房屋,全部蜃景長20多里.約半小時后,向東移動,突然消逝.后又出現(xiàn)三山,高聳入云,中間一山,很像香爐；又隔了半小時,才全部消失. 　　
在沙漠里,白天沙石被太陽曬得灼熱,接近沙層的氣溫升高極快.由于空氣不善于傳熱,所以在無風的時候,空氣上下層間的熱量交換極小,遂使下熱上冷的氣溫垂直差異非常顯著,并導致下層空氣密度反而比上層小的反?，F(xiàn)象.在這種情況下,如果前方有一棵樹,它生長在比較濕潤的一塊地方,這時由樹梢傾斜向下投射的光線,因為是由密度大的空氣層進入密度小的空氣層,會發(fā)生折射.折射光線到了貼近地面熱而稀的空氣層時,就發(fā)生全反射,光線又由近地面密度小的氣層反射回到上面較密的氣層中來.這樣,經(jīng)過一條向下向下凹陷的彎曲光線,把樹的影像送到人的眼中,就出現(xiàn)了一棵樹的倒影. 　　
由于倒影位于實物的下面,所以又叫下現(xiàn)蜃景.這種倒影很容易給予人們以水邊樹影的幻覺,以為遠處一定是一個湖.凡是曾在沙漠旅行過的人,大都有類似的經(jīng)歷.拍攝影片《登上希夏邦馬峰》的一位攝影師,行走在一片廣闊的干枯草原上時,也曾看見這樣一個下現(xiàn)蜃景,他朝蜃景的方向跑去,想汲水煮飯.等他跑到那里一看,什么水源也沒有,才發(fā)現(xiàn)是上了蜃景的當.這是因為干枯的草和沙子一樣,可以被烈日曬得熱浪滾滾,使空氣層的密度從下至上逐漸增大,因而產(chǎn)生下現(xiàn)蜃景. 　　
無論哪一種海市蜃樓,只能在無風或風力極微弱的天氣條件下出現(xiàn).當大風一起,引起了上下層空氣的攪動混合,上下層空氣密度的差異減小了,光線沒有什么異常折射和全反射,那么所有的幻景就立刻消逝了. 　　
總而言之,這是一種十分有趣的折射和反射現(xiàn)象.