研究与观察（长期更，超长警告）

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相信很多人都喜欢闲暇时分看看自然万物，这篇文章可能会帮助你更好的观察，顺便可以得出一些其他的有趣的结论。
注意：本文会长期更新，因为可讲的东西实在太多了。其次是这篇帖子放在百科中的原因，因为会涉及到很多的科学理论，自然现象，不过也会有一些类似抒情的语句和我个人的一些想法，虽然算不上有多科学，但确实是我个人观测到的，这部分我会标注出来，如果有想法不一样的，欢迎讨论。
        根据定义，天空可以分为天(也就是我们常说的外层空间，是大气层以外的那部分。)和空(大气层内部的那部分）。天与空的界限为卡门线（Kármán line），是一条位于海拔100 km（330,000英尺）处，被大部分认可为外太空与地球大气层的界线的分界线。此线是国际航空联合会（国际的航空航天标准制定、记录保存机构）所接受的，为现行大气层和太空的界线的定义。
        我们首先先从离我们近的空出发。大气的成分就不多说了，相信很多人都听过气温垂直递减率，也可以叫做绝热率，是表征气体随高度增加其气温的变化程度的物理量。在干空气时，海拔大约平均每上升100米，气温就下降约1摄氏度。含有水汽的较湿空气，就会受到水汽凝结时的释放潜热所致，因此平均每上升100米，气温就会约下降0.6 度，但其实不是恒定的0.6，其取值范围在0.4到0.9之内，会受温度与压强影响。但是我们如果用这个去估计比如登山时气温是多少，然后穿什么样的衣服，那肯定是不行的。因为由于大气在表面存在气压差，会在力的作用下运动形成风，更不用说受到地形影响，风的大小和方向都会变化，所以我们应该根据风寒指数来估计体感温度。计算的话主流有Siple-Passel风寒公式和Steadman风寒公式。而且还有水汽这种东西，与灰尘相遇，形成雾，在人身上变成小水滴，让人感觉更冷。不过请大家牢记，当空气开始运动时，应主要考虑局部的小环流，因为我们主要是讨论自身如何去观察，而且因为地形的影响，很多大的环流被层层拦截了下来，所以最需要注意的是当地的地形。（城市中生活的同学们可以去看看“五岛效应”）
        说了这么多，我们一直是以科学家的角度去看待的天空，下面我们来看看，画家，尤其是写实主义，这个非常注意光与影的流派，他们是如何观察的。有关一些科学原理的会在后面接着讨论。
        画家有时候会去制作一种天空色卡，用来更好的描述天空的本来面目。当我们的视线从天顶移向地平线，我们会发现，天空的颜色会变的更浅，因为有更多的大气层散射了光线。地平线处，根据观察的时间和方向，从蔚蓝变成暖灰，再变成暗橙色，但通常比上方的颜色浅一些。
        当我们的视线逐渐接近太阳，天空的颜色就变得更浅更加鲜明，因为大量的白光被大气里大的颗粒以浅角散射。离太阳近的地方要更亮一些，我们叫这个太阳眩光（Sun Dazzle）。如果想要看的更清楚一些，可以站在大楼的投影边缘附近，太阳这时候正在轮廓线后面，在对日点也有一个较弱但很明显的发光与之相对。（后面会讲对日点）当我们背对太阳的时候，如果有云彩，我们会发现云彩的顶部和中部是明亮的，而侧面和底部颜色较深。小块云彩的颜色不是很白，这是因为没有大团的水蒸气团来反射太阳光。
        天空中蓝色最深的地方有一个形象的名字，叫”天空之井“，它一般出现在日出日落时的天顶处，精确来说，是天顶距离日落点95°的地方，其他时间距离太阳约为65°。（下次继续讨论看天得到的细节）

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下面简单介绍一下，我们看到的亮色周围为什么会有一层光晕。当光线掠过空气，被空气中尤其是光源附近的尘埃散射，就会形成晕环。不仅如此，当光线进入人眼，它在眼睫毛（相当于光栅），角膜，晶状体，房水，玻璃样酸等中发生散射，溢出的光线提高了色值，并且在深色区域形成金色光晕，这正是我们看夕阳西下时看到天际线上那些光晕出现的原因。我们把这个叫做色冠。
任何明亮的光源或者反射光源附近都会形成色冠，且呈现的是光源的本色。在画作中描绘色冠，可以让光源显得比白纸更亮，让人情不自禁眯上眼睛（欧普艺术中用这类技术）。
而摄像镜头中常会出现放射状，环状或者六边形状的闪光，我们叫这个镜头鬼影。所以拍摄时可不要以为是有流星哦。这些是镜头透镜散射光线引起的。

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本来应该先讲空气透视和反空气透视的，但是我觉得先讲一个有意思的概念吧。不知大家有没有发现，在树木发芽的时节，春天，尤其是春末夏初时分，这时如果遇见好天气，晴空万里，我们透过树木的枝杈间遥望天空，再与直接极目远眺对比，我们发现从枝杈间看到的天空似乎更加绿一些，由此显得更加通透，有一种透明的质感（个人感觉）这其实是有原因的。因为树木萌发新叶，在这些枝杈之间也有许许多多的小叶，其实有一部分光线是透过这些小叶传播过来的。但是因为它们太小了，我们不易察觉，就好像远望夕雾花或者满天星，像雾气一样。在绘制写实主义画作的时候建议注意这个问题，可以让画面更加真实。这些现象被称为天空洞。（后面讨论木漏れ日的时候会继续说明树叶枝杈间隙对欣赏的作用）

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接着我们继续跳过那两个概念，讲一些比较直观的。在日落时分，如果太阳的高度非常低，以至于光线几乎与地面平行，光可以看作以切线的形式与地球交叉，与中午时分相比，光线在空气中穿行的距离变长。我们知道，红外端的衍射能力大于紫外端，所以更多的蓝色光被空气散射，天空显得更加蔚蓝，其余的阳光由于光通量减少，也不是那么明亮了，更多的显示橙色或者红色。落日将物体染成了金色，投影也比平时显得更蓝，这时的天空显得格外的蓝。
夕阳周围的天空颜色有了明显变化，天空呈现蓝色，地平线处则是浅黄色和暗红色，在太阳落山的那个地方，色值和色度变化都非常大。我们称这段时间为魅力时刻。这段时间不管是绘画还是摄影，观赏，都是绝佳的时段，一般就在太阳落山时分，季节交替时分观察格外迷人

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接着说夕阳。很多人应该都看过黄昏时分的天空，有时月亮已经升上了天空，也可以看得到金星或者轩辕十四，我个人就很喜欢这时的天空。如果空气中充斥着湿气和尘土，那么夕阳周围的云彩就会呈现醒目的红色或者黄色，太阳与地平线相交的地方，就会呈现清晰的红橙色光。日落的颜色往往较日出的颜色亮丽，这是因为大气层受到了太阳光照射了一整天之故。此外，日落时份的大气层低空带比较日出时分有着较多的灰尘，这是因为在日照的整天里，太阳光照射至地球的表面，降低了相对湿度，但增加了风速及湍流，而使得灰尘留在空气里。较低的湿度会衍生出更明亮的颜色，因为大气中的水会吸收部分的光而损失并过滤掉部分颜色。所以在秋冬季通常比在温暖的季节产生更低的空气湿度更利于出现霞光。
夕阳的颜色和天气有关，低日落说明第二天一般会是好天气.就是俗话说的“朝霞不出门,晚霞行千里”。高日落通常是天气不好的象征。鲜黄色的夕阳，说明第二天天气晴朗。红色的夕阳，说明有点红色的日晕，俗语说“日晕风，月晕雨”，第二天可能要变天。但是对空气能见度本来就差的工业城市不适用。深蓝色的天空是俗语说的“杀青天”，第二天有风雨。浅蓝色的天空代表好天。台风来临前夕的夕阳会变成橙色、紫色或是粉红色。
这里提几个关于晚霞摄影的tips：云量在你所要想拍摄的方位占有30%～70%时，是形成霞光美景较好的时候。风向与风量的变化可能会导致云层形成波纹状或巨浪状，有时风能创造出一个恰到好处的效果，从而反射出更绮丽的红光。另外在日出或日落之前，少许微风也有助于减少空气中的尘埃。要确保你所在位置离你拍摄的位置的距离足够近，最好不要超过10分钟的距离，如果时间太久，等你到了拍摄地点，估计什么都拍不到了。一般在日出日落的前后30分钟里可以拍出不错的作品。当然有时候太阳在地平线上升前或降落后的10-20分钟的余晖会更加的壮丽，所以不要想着太阳没有出来或已经落山了就没有戏了。
（有点晚了，剩下的放到下面讲）

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接着说夕阳。较弱的光会出现在对日点。对日点是在天球上正好在太阳对面，观测者想像中的一个点。这意味着当这个点运行到地平线以上时，太阳是在地平线下；反之亦然。在阳光明媚的日子，很容易找到对日点：它就在观测者的头部与影子头部链接的延长线上。太阳下山后，一个灰色带在正对着太阳的地平线处升起，这是地球自身的投影，或者叫地影，和山影一样，都是近来新兴的观赏景象。最终所有瑰丽的景色全部会消失在天际，最终只会有一点点淡淡的紫色。
黎明的第一个小时里，前面的颜色会逆序出现。空气中如果有浮尘，则会出现粉红色的光。华兹华斯称其为“壮观的景色，普通的一天”。
一般认为，和临近地表面的光相比，照亮云层顶部的光显得更白一些，黄昏时分，较高的云较白一些，较低的则呈现黄色或红色。当光趋近地球的投影线时，就会变得更暗更红，这一点与红月的形成类似。夕阳西下，地球表面逐渐褪色，天文昏影出现，最终一切都变成了深色，夜幕降临。
天文昏影可以用来判断时间，这个我实践过，但没有总结出什么规律，都是凭感觉。
有兴趣的同学可以搜一下“晨昏蒙影”

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相信看了前面写的应该对灰尘气溶胶之类的作用有一定认识了，除了常见的瑞利散射（天为什么是蓝的）和米氏散射（云为什么是白的），我们还有更常见的，绘画上把它叫空气透视。当我们遥望远方，会发现颜色最深的地方最先改变，变得更浅更蓝（其实差不多就是瑞利散射，只不过一般人会忽略）。黑色的物体也会变浅，在其中混入少许蓝色或紫色。物体处于含有灰尘的大气间，被光线照到，其色彩会失去饱和度，变成高级灰。所有物体有光与无光部分的色值差异减少，最后在地平线处都变成单一色调，当物体的有光无光部分不再明显，物体也不再清晰可辨，但细节依然存在。
一般来说，明亮的白色物体显得更亮，且轮廓也与明亮的黑色物体不同。随着距离增加，白色物体的颜色变得更加鲜明，而不是更淡或者更灰。太阳的白光在接近地平线时变成了红色或橙色，同样中午时分，接近地平线处，云彩的橙色越来越浓，色值也更深。光线变弱时，一般物体的轮廓会与天边地平线融为一体，而白色物体在很远的地方仍能看到，即使其他物体仿佛融入了天空一般。

大气透视效应仅发生在空气中的微粒被照亮的时候。尘土，湿气，薄雾，烟气可以提高大气透视的效果，原因是反射光增加，可以观察到，阳光照到湿气或者薄雾的时候，照到的部分就会变得很亮。

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当然，大自然的很多现象都有特例，比如存在空气透视现象就存在反空气透视现象。空气透视的时候，鲜亮色调先行，暗淡色调靠后，然而，当灰霾和湿气在太阳附近，尤其是日出和日落时，空气中接近地表的地方有大量尘埃，它们以浅角散射了太阳光。太阳周围有一个耀眼的橙色光晕，照亮了远处的深色物体，亮度可以在一般情况下将蓝色变浅。午后时分，如果有尘埃雾霾的话，会更明显。19世纪的作家拉尔夫爱默生很是欣赏这种景象，发表过很多诗一般的文字来赞扬该现象。

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今天我们先讲讲云翳的观赏，这个比较简单。所谓云翳，其实就是云把太阳光挡住了部分，然而我们一般喜欢看的是阳光从云层里穿透出来，有时配合空气中的浮尘，形成丁达尔效应，我们可以看到光条，这个被称为云隙光，有的地方也叫基督光，会给人一种神圣的感觉。从动态的角度来看，我们经常能感受到光线一下子增强，这其实就是云移开了而已，而我们的眼睛在不断适应，就像摄像机的光圈，而且还是评价测光，自动光圈。
在看一些写实主义绘画的时候，一些画家会巧妙利用云翳，周围都是云彩的投影，而云隙光照亮的地方会让我们把目光对准那里，因为在这种情况下人的眼睛总是转向最亮的地方。光与阴影的边缘要非常柔和，地面阴影间的间隔与天上云隙相匹配，阴影部分比阳光直射部分暗很多，颜色一般介于天空蓝与云白色之间。这时根据观察云翳的一般规律。
（甚至可以估计云彩的移动速度，结合自己的移动速度，使用几何平均数来估计较为准确）

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接下来我想先讨论一种和云一样同为白色的物体——雪。降雪也是降水的一种，积雪会对道路，房屋，电线等造成损害，表现在增重，冻融等现象。由于积雪的疏松多孔，下大雪后积雪起一个消音器的作用，树林中会变得格外寂静。
雪表面会发生很多漫反射，可能会造成雪盲。然而，很多人不知道的是，雪下会发生许多的散射，尤其是粉末状的新雪。
最佳观察雪的日子是晴朗的某一天，观察时刚刚下过的雪旁边最好有一个不透明的白色物体，雪上小的投影边缘会比较模糊，颜色也较浅。太阳光从后面照过来，雪下发生的散射进入到阴影部分，沿着分界线照亮边缘。
在这个过程中，因为红色光被吸收了，雪下面散射的光在我们看来呈现蓝绿色调，在雪地的凹陷处和冬天的冰面上都可以见到。
在雪逐渐累积的过程中，不仅变得紧实，颜色也变得更暗，一是累计了不少脏东西，这也是南极大陆污染物沉降的主要方式——大气沉降，二是更多光线在雪下传播时被吸收。在周围变冷的过程中，冰晶在不断生长变大，使雪变得更加耀眼，有时积雪未融干净，又下新雪，把新雪吹进积雪窟窿，这是观察新旧积雪区别的好方法。
在我们看绘画作品时，我们可能会发现，周围有积雪的水面看起来要黑一些，阴影和轮廓也变暗了很多，实际上确实如此。