2025 年 5 月 19 日 22:30 許，杭州上空出現(xiàn)了一座“天上的街市”。從網(wǎng)友 Lottery 拍到的照片里，可以看到一條條道路組成的光帶漂浮在夜幕中，如幻似真。這些光影不是憑空虛構(gòu)的。把這些光帶鏡像反轉(zhuǎn)一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它竟然是杭州市中心地圖！這種現(xiàn)象是怎么發(fā)生的呢？

圖片來(lái)源：微博網(wǎng)友 動(dòng)圖來(lái)自 Bright0574，原圖來(lái)自 Lottery
這幕奇景是大自然表演的一場(chǎng)光影秀，它的名字叫做“暖夜燈柱”。我們說(shuō)“把這些光帶鏡像反轉(zhuǎn)一下”，其實(shí)無(wú)意中觸碰到了真相：它的成因，正是天空中出現(xiàn)了一面大鏡子。

大鏡子是怎么來(lái)的？

這面“鏡子”不像我們生活中隨處可見的鏡子那樣是一整塊玻璃，而是由許許多多細(xì)碎的小冰晶組成的。這些小冰晶由水蒸氣在高空中遇冷凝結(jié)而成，尺寸從幾十微米到幾百微米不等。大部分冰晶是六棱柱形，共有 8 個(gè)面，其中 2 個(gè)底面平行，6 個(gè)側(cè)面圍成正六邊形。雖然都叫作“六棱柱形”，但有的名副其實(shí)，有的則看起來(lái)扁扁的，與其說(shuō)是柱，還不如說(shuō)是把柱切成了片。這些片狀的冰晶，就是這場(chǎng)大自然光影秀的主角。

冰晶概念圖（并非顯微照片） 來(lái)源：豆包生圖

當(dāng)冰晶在空氣中下落時(shí)，會(huì)傾向于以阻力最大的姿態(tài)慢慢下落。比如六棱柱如果偏長(zhǎng)，是個(gè)明顯的柱形，就會(huì)橫臥在空中，而如果偏短像個(gè)薄片，則會(huì)“用臉兜風(fēng)”。所以，當(dāng)高空的對(duì)流層偶爾寧?kù)o下來(lái)的時(shí)候，眾多冰晶片會(huì)緩緩下落，而底面基本上都與大地平行，那種景象就像是完成表演之后正在收隊(duì)的無(wú)人機(jī)群。這些姿態(tài)一致的冰晶片，在幾千米外的高空組成一個(gè)巨大的鏡面，我們從下往上看，所在城市的街道燈光也就現(xiàn)身空中了。

燈柱的“柱”是怎么來(lái)的？

“燈”明白了，為什么叫“柱”呢？

其實(shí)只有“大鏡子”正下方的人看到的燈火倒影才是點(diǎn)點(diǎn)勾勒的城市地圖，而遠(yuǎn)處的人們從側(cè)面望去，卻看到一道道光柱豎立在空中。究其原理，是因?yàn)榭罩械谋е刂丿B疊，不止最底一層在反光。如果觀眾離一盞燈 10 公里，那么在二者正中間 5 公里處的上空，不同的高度上，每層冰晶都向觀眾反射出這盞燈的影像。這些影像合成一道立在空中的光柱，光柱下端指向的，就是這盞燈真實(shí)的位置。

燈柱的光學(xué)原理·作者繪制

那為什么只有在特定的天氣下，杭州才能“上天”呢？原來(lái)，大部分情況下，對(duì)流層大氣運(yùn)動(dòng)復(fù)雜多變，高空的風(fēng)向難以捉摸，會(huì)吹得冰晶的姿態(tài)也亂七八糟，很難做到方向一致。這樣一來(lái)，要同時(shí)滿足高空存在大量冰晶和高空氣流相對(duì)寧?kù)o這兩個(gè)條件很不容易，所以暖夜燈柱的現(xiàn)象十分罕見，“畫地圖”級(jí)別的更是稀有。5 月 19 日晚間，杭州的天氣如下圖所示，是在水汽已經(jīng)就位，而強(qiáng)對(duì)流還未發(fā)生的前夕：

2025 年 5 月 19 日晚間杭州天氣 來(lái)源微博

而過(guò)去比較著名的一次“畫地圖”級(jí)別的暖夜燈柱，出現(xiàn)在 2020 年 5 月 10 日晚間的廈門。那天下午，當(dāng)?shù)亟?jīng)歷了一場(chǎng)雷暴，強(qiáng)對(duì)流天氣把大量水汽送上高空，傍晚時(shí)雷暴主體消散，但高空風(fēng)速較低，氣流穩(wěn)定，于是在夜空中也出現(xiàn)了暖夜燈柱，投射出“天上街市”的盛景。

2020年5月10日廈門出現(xiàn)的暖夜燈柱·來(lái)源東南早報(bào)

燈柱只會(huì)出現(xiàn)在“暖夜”嗎？

杭州，廈門，5 月，晚上，我們從這些線索中很容易可以發(fā)現(xiàn)“暖夜”的要素，但燈柱并不只會(huì)出現(xiàn)在“暖夜”中。實(shí)際上，在寒夜里，不僅可以看雪飄過(guò)，還有機(jī)會(huì)目睹更壯觀的景色，那就是“寒夜燈柱”。這種現(xiàn)象比暖夜燈柱多見一些（但也很稀有），成因同樣是寧?kù)o穩(wěn)定的空氣中懸浮著大量冰晶片。

而在寒夜里，這種天氣條件相對(duì)容易滿足，并且從低空到高空都允許冰晶片大量存在。因此，寒夜燈柱往往是一道道光柱直沖云霄的樣子，很容易被當(dāng)成極光。盡管畫風(fēng)各有千秋，但冷夜燈柱仍然與暖夜燈柱原理是一樣的?？磥?lái)，就算天氣不羈放縱愛(ài)自由，但怎么變物理規(guī)律都不會(huì)變……

2022 年 12 月 28 日內(nèi)蒙古海拉爾寒夜燈柱·來(lái)源中國(guó)天氣網(wǎng)

燈柱現(xiàn)象是冰晶對(duì)光的反射造成的。除了反射之外，冰晶還會(huì)玩折射、衍射、散射各種本領(lǐng)，制造暈、華、幻日、寶光、環(huán)天頂弧、環(huán)地平弧、虹彩幞狀云、云巔閃光這些令人眼花繚亂的光學(xué)魔術(shù)。這些大氣光學(xué)現(xiàn)象很好看，藏在背后的科學(xué)原理，就更加有趣了。

策劃制作

作者丨曲炯 科普作者

審核丨拉薩 北京市氣象局高級(jí)工程師

策劃丨丁崝

責(zé)編丨丁崝

審校丨徐來(lái)、林林