1. 简单百科
  2. 曙暮光

曙暮光

曙暮光(Twilight),又称薄明或晨昏矇影,是指在日出之前和日落之后,隐藏在地平线下面而照耀在高层大气中的太阳光,通过分子散射而到达地面的光线。曙光和暮光合称为曙暮光。根据曙暮光时的光线对人们活动的影响,又可将曙暮光分为三种,即民用曙暮光、航海曙暮光和天文曙暮光。

曙暮光的形成与光的散射有关,它持续的时间并不是任何地方任何时候都是一致的,持续时间的长短因纬度和季节的不同而有所差异,并呈现出一定的规律。另外,曙暮光的时间长短还受空气温度的大小、空气中含尘量的多少,以及天空中云况等因素所影响。而曙光和暮光的照明程度——照度,主要受太阳在地平线下的角度影响,与大气的透明度也有密切关系。

曙暮光长久以来已经积淀了不同的用途与涵义,在农学、气象学摄影和航海等领域得到了广泛应用。如在气象学中,曙暮光天光光度计可通过在地面上测量曙暮光的天光光强和偏振度来获取平流层和中层大气微量气体和气溶胶辐射特征的大量信息。此外,曙暮光的出现,意味着昼夜即将交替。因此它被伊斯兰教教徒赋予了一定宗教寓意。

概念

曙光和暮光合称为曙暮光,曙光持续的时间叫黎明,暮光持续的时间叫黄昏。只有当太阳中心位于地平下18°(天文曙光和暮光的界限),天空才会进入真正的黑夜。如果没有大气分子散射引起的曙暮光,昼夜的交替,会在日出和日落的那一瞬间突然发生。因此黎明和黄昏是白昼和黑夜交替的过渡阶段。

曙光

日出之前,隐藏在地平线下面而照耀在高层大气中的太阳光,通过分子散射而到达地面的光线,称为曙光。

暮光

日落之后,隐藏在地平线下面而照耀在高层大气中的太阳光,通过分子散射而到达地面的光线,称为暮光。

曙暮光弧

在日落而无云时,散射作用能使东方天空出现兰灰色的暗弧,即出现和灰色天空很易分辨出来的暗扇形,在这暗弧的外面镶有较明亮的弧形,而且随着太阳从地平线向下沉去,这种光弧现象不断升高,最后消失于黑暗之中,这就是曙暮光弧。

现象成因

在日落之后和日出之前,太阳光虽已不能照到地面之上,但地面上的高层大气仍可被太阳光照射,使得大气分子和尘埃等粒子产生散射光,天空和大地便获得亮光,这就是曙暮光的来源。曙光和暮光的形成是相同的,但明暗变化的顺序相反。曙光是由暗到明,暮光是由明到暗。

分类

根据曙暮光时的光线对人们活动的影响,将曙暮光分为三种,即民用曙暮光、航海曙暮光和天文曙暮光。当天空晴朗时,太阳地平线以下的角度大约为6度时,代表着民用曙光开始或暮光结束;大约为12度时,则意味着航海曙光开始或暮光结束;当太阳在地平线下角度大约为18度时,则天文曙光开始或暮光结束。

民用曙暮光

民用曙暮光是指太阳高度角在地平线下0°—6°的一段时间的太阳光。民用曙光是指清晨太阳中心由地平下6°上升至日出的时段的阳光,民用暮光则是黄昏太阳中心从0°落至地平下6°的时段的光亮。

以暮光为例,在天空晴朗时,太阳没入地平线便是暮光开始。随着太阳的西沉,到达地面的散射光不断减少,太阳高度在地平线以下4°时,人们还可以在室外阅读和书写。而当太阳高度降至地平线以下6°时,肉眼已经难以辨认印刷品中的特大号字体,天空的一等星开始被看见,户外看书报受到限制,这些都代表着民用暮光的结束。总的来说就是当大气散射光使地面照度减弱到不用人工照明就难以在户外正常活动时(如难以辨认印刷品的特大号字体,交通运行发生困难等),就是民用曙光的开始或暮光的结束。

航海曙暮光

航海曙暮光是指太阳高度角移至地平线下6°—12°的这段时间内大气散射到地面的太阳光,清晨太阳中心位于地平线下12°时开始到地平线下6°的时段;黄昏从位于地平线下6°开始到太阳中心位于地平线下12°时的时段。这两个时段到达地面的太阳光,合称为航海曙暮光。

以暮光为例,当太阳落至地平线下约12°时,天空中明亮的星已经可见,航海需要使用信号灯,这就表示航海暮光结束。航海曙暮光持续期间,在大气条件良好的情况下,即使没有其他照明光源,地面景物的大概轮廓仍可以区分出来。此时的海天相接处界线清晰,水手们已经不再能利用地平线在海上导航,但能利用知名的星来确认视域,并以能看见的地平线作为参考,这段时间也是航海测星(测定天体的地平高度)的合适时机。

天文曙暮光

天文曙暮光是指是太阳中心的高度在地平线下 12°—18°之间,由高层大气散射进入低层大气的阳光。

当太阳处在地平线以下约18°时,高层大气的散射光已极其微弱,天空相当黑暗,肉眼能看到的恒星(六等星以上的恒星)都能被看见,这就代表着天文曙光的开始或暮光的结束。天文学上所说的夜晚,通常指天文暮光终到天文曙光始的这段时间,类似于星云星系这些黯淡与扩散的目标也需要在天文暮光终之后才能进行观测。

特征

曙暮光的持续时间

曙暮光持续的时间并不是任何地方任何时候都是一致的,它的长短因纬度和季节的不同而有所差异,其变化规律如下:

(1)纬度越低,曙暮光的时间越短,随季节的变化不大。

(2)纬度越高,曙暮光的时间越长,且随季节的变化大。

(3)中高纬度一年中曙暮光的时间以夏季最长,冬季次之,春秋季节最短。

因此曙暮光的持续时间在赤道最短,随纬度增高而逐渐增加。在赤道,日夜转换间的曙暮光持续时间只有20分钟左右;而在北极南极洲,除了冬至前后的各一个月,曙暮光通常可以持续数小时甚至终日。

以夏至日为例,北纬60°的地方整夜处于民用曙暮光的状态中,前一天的黄昏尚未结束,次日的黎明便接踵而来,通宵达旦,天空不黑。这种高纬度夏季奇特的天文现象被称为白夜。白夜的出现,主要是由于只有当太阳中心位于地平下18°(天文曙光和暮光的界限),天空才会进入真正的黑夜。如果日落以后到次日日出以前太阳都不低于地平下18°,就会发生白夜——整个夜晚天空都会呈现出黄昏或黎明的景色。

白夜既可以出现在极圈内,也可以发生在极圈外。其发生范围,可以由南、北极点(南纬或北纬90°)外延至南、北纬48°34'地带。另外,极圈内的白夜总是出现在极昼期前后。极圈外的白夜,北半球发生在夏至日前后;事实上,夏至那天,纬度高于48.5°N的地方都没有真正的黑夜。南半球则发生在冬至日前后。纬度越高,亮度越亮,白夜持续期也越长。

其他影响因素

另外,曙暮光的时间长短还受空气温度的大小、空气中含尘量的多少,以及天空中云况等因素所影响。观测表明,当空气湿度较大时,曙暮光持续时间稍长。高空中含尘量增多,如火山喷发之后,或有高云时曙暮光持续时间延长;而在有密集的低云时,曙暮光的持续时间会缩短。平均海拔也是影响因素。

曙暮光的照度

曙光和暮光的照明程度——照度,影响照度的主要因素是太阳在地平线下的角度。除此之外,照度也与大气的透明度也有密切关系。

在黄昏开始(或黎明将终止)的时间,照度随太阳在地平面下高度角的增加而减弱得非常迅速。在黄昏将终止(或黎明开始)时,则照度随时间的变化较和缓。

此外,曙暮光的照度与天空云量的多寡和地面积雪的有无亦有极大的关系。当太阳在地平线下的时候,云量多能减弱薄明的照度。在无云天气中薄明的照度显然要比阴天大得多。地面有积雪则能增加曙暮光的照度。由观测得知当天空云量稀少,而地面又有白雪皑皑的所在,曙光和暮光的照度最强。不过在曙暮光刚开始的瞬间,云,尤其是高云可以把光线反射到地面,因而增加照度。在曙暮光的中间时刻以及将结束的时候,云总是会减低照度的。

应用

农学

农学中,属于光周期范畴的曙暮光被积极应用于对农作物的生长和产量的影响研究中,研究人员发现曙暮光能被作物吸收利用,能延长作物光合作用时间。因此通过遮光处理,曙暮光能够在不同程度上诱导农作物生长,为其花期调控、高产高质的确定及光反应理论的认识提供有力帮助。

气象学

对于气象研究者而言,曙暮光则意味着一种对高层大气中的气溶胶进行间接观测的方式。曙暮光的强度和颜色,与大气混浊度有很大关系。如果观测到曙暮光的辐射强度和颜色指数,也就可以间接获得其中的尘埃浓度。因此这类观测多用于研究平流层的火山灰和流星尘。在各种探测方法中,用地面光度计(曙暮光天光光度计)探测曙暮光期间天光强度和偏振,从而推断平流层气溶胶的变化是一种很有用的方法。也有部分研究用于观察和计算臭氧浓度。

曙暮光天光光度计

根据曙暮光时的天顶方向的天光偏振度可反演平流层气溶胶散射系数,而比起飞机、气球、卫星等其他探测平流层气溶胶的手段来说,光度计体积较小、耗资少,因而成为平流层大气探测的重要手段。

仪器特点

这一仪器动态范围大(达),灵敏度高(最小可测功率为W)实现了微机控制全自动观测和处理数据,并将实测天光偏振度和光强自动记盘保存。它的系统框图如下图所示:该仪器主要由光接收及探测系统,步进电机控制系统,单光子计数和以PC机为核心的数据采集和处理系统组成。

观测方式

基本的观测方式为固定仪器观测方向,定时自动开始观测,进行波段扫描,自动调整进光量。每组观测完成后,自动进行数据处理,并将订正后的光强和偏振度记HDD。在积分时间为1秒时,完成6个波长的观测和上述处理记盘约需3分钟。

摄影

曙暮光在摄影创作活动中是有一定用途的,它作为一种自然光源延长了大地的照明时间,为摄影者创造出许多可供拍摄的现场光照条件。同时,不少摄影师抓住这段时期光照特点,如地面景物只有天空微光照明,照度低。在以天空为背景拍时,对象均为剪影、半剪影。可拍摄特殊效果场面和特殊气氛镜头,亦可抢拍,使天空有密度,拍摄出夜景效果。

航海

航海人的保命手段之一便是使用航海天文仪器进行航海测量,“航海曙暮光”出现的时刻,正是使用六分仪进行航海观测的黄金时间。在清晨与傍晚,在曙暮光浮现于天际之时,航海人使用六分仪进行恒星观测,从而定航行的方位。同时,航海人员也可以在光亮程度比民用曙暮光更弱的航海曙暮光里利用沿岸目标物在海上确定方向。

历史记载

公元十世纪,阿拉伯帝国学者海桑(Al Hazen)在《光象理论》一书中首次正确地解释曙暮光,证明了太阳地平线到地平线下19°之间时可见曙暮光。

1988年,由北京天文台撰写的《中国古代天象记录总集》收集了二十四史、清史稿、明实录、清实录、“十通”、全国地方志以及其他古籍中的天象记录,时间截至1911年。该书附录了200余项(异常曙暮光、日月变色、雨灰、雨黑子)天文现象记载。如《明神宗实录》卷三七一有记载:“(万历三十年四月乙已,1602年6月3日)今岁天变频仍,火星失度,日光如,风霾黄雾,种种示异,未有若此。”如此众多的天象记录流传于世,已经足以证明古代天文学家确实长期观察着这些天象。

在2004年,由张德二撰写的《中国三千年气象记录总集》也整理了自公元前23世纪至公元1911年的中国气象历史。其中有大量关于异常的曙暮光的记载,如日月赤黄等。

宗教寓意

穆斯林,古希腊,古巴比伦人,还有基督教礼拜仪式等,都是把日落作为一天的开始。伊斯兰教历以日落后为一天的开始,经过一个黑夜和一个白天,到日落为一整天。他们的日落时间指的就是太阳的圆盘完全消失和隐藏不见,即民用暮光的开始那一刻。在斋月期间,伊斯兰教教徒必须在日出与日落这段时间内不吃不喝,不抽烟,锻炼自制力,入夜后,把斋结束,人们才能吃喝抽烟,探亲访友。

参考资料

曙暮光.术语在线.2024-04-28

..2024-05-18

..2024-05-08

曙暮光.中国国家地理.2024-05-04

..2024-05-08

复杂的一”日“.中科院物理所.2024-05-28

[中巴经济走廊]巴基斯坦国家概况.四川经济网国际频道.2024-05-28

..2024-05-28

曙暮光.科普中国网.2024-04-29

..2024-05-27

..2024-05-08

..2024-05-28

《中国三千年气象记录总集》出版.中国科学院.2024-05-08

..2024-05-08