在平静无风的海面上，人们有时会看到空中出现远方船舶、岛屿或城廓楼台的影像；而在沙漠中，旅行者有时也会突然发现远处似乎有一片湖水，湖畔的树影摇曳生姿。但这些景象往往在大风到来时消失无踪。这些幻象被称为海市蜃楼，或简称蜃景。要理解海市蜃楼的形成，我们需要先了解光的折射现象。当光线在同一均匀介质中传播时，其速度保持不变，沿直线前进。然而，当光线斜射入不同密度的介质时，其速度会改变，导致方向发生偏折，这种现象称为折射。例如，将直杆斜插入水中，我们会看到杆在水中的部分似乎折断了，这是光线折射的结果。如果改变水下镜子的角度，使光线更倾斜地射向水面，光线在空气中的折射会更明显。当光线以特定角度射向水面时，光线会完全反射回水中，不再进入空气。空气本身并非均匀介质，其密度通常随高度增加而减小。因此，当光线穿过不同密度的空气层时，会引起折射。但在某些特殊情况下，空气密度的垂直变化会导致异常的折射和全反射，从而产生海市蜃楼。夏季，海水表面温度较低，特别是有冷水流经过的海域，水下层的空气因受水温影响而较冷，形成下冷上暖的反常现象。这种情况下，下层空气密度大，而上层空气密度小，导致显著的密度差异。如果此时有物体（如船舶）的光线穿过这一异常密度层，光线会先折射进入较稀的空气层，然后在上层发生全反射，再次折射回下层密的空气层，最终进入观察者的眼睛。由于人类视觉认为物体影像来自直线方向，因此观察到的船舶影像似乎比实际位置高，这种现象称为上现蜃景。在中国，夏季时，渤海中的庙岛群岛因海水温度较低，空气密度差异显著，常常在蓬莱县看到幻影。宋朝的沈括在他的著作《梦溪笔谈》中记载了这样的景象。现代也有多次观测到上现蜃景的记录，如1933年青岛、1975年广东省附近海面。在江面上也出现过类似现象，如1934年南通附近的江面。那天天气炎热，午后突然发现江面上空映现出楼台城廓和树木房屋，整个蜃景长达20多里。约半小时后，蜃景向东移动并消逝，后又出现三座山，其中一座类似香炉，半小时后才全部消失。在沙漠中，白天沙石被太阳晒得非常热，接近沙层的空气温度升高迅速。由于空气传热不良，无风时上下空气层间的热量交换很少，导致下热上冷的温度差异非常明显，有时下层空气密度反而比上层小。在这种情况下，如果前方有一棵树，其光线由密度大的空气层进入密度小的空气层时，会发生折射。当光线到达贴近地面热而稀的空气层时，会发生全反射，光线再次反射回较密的空气层中。这样，经过一条向下凹陷的弯曲光线，树的影像被送入人的眼中，就出现了树的下现倒影。这种倒影位于实物下方，也称为下现蜃景。许多沙漠旅行者都有过类似的体验。海市蜃楼只会在无风或风力极小的条件下出现。一旦大风来临，上下层空气混合，密度差异减小，光线不再发生异常折射和全反射，所有的幻景就会立刻消失。总的来说，海市蜃楼是一种有趣且科学的自然现象。