天空为什么有不同的颜色

原创非首发，首发于《中国气象报》，文/高振朝，文责自负，略有改动。

晴朗的天空是蓝色的，这是人人皆知的事情。但天空有时是淡蓝色，有时是白色，有时是黄色。天空为什么有不同的颜色呢？可能很多人说不出个所以然来。

要想理清这一问题，要搞清两个概念：一个是天空是由什么组成的，一个是太阳光在天空中是如何传播的。

所谓天空是指地球周围的广大空间，在这个空间内环绕着一层厚厚的大气。大气是多种气体的混合物，除含有气体成分外，还含有许许多多水汽、固态和液态的杂质微粒。

太阳光在天空传播时，有直射和散射，而进入人们眼睛的光不是直接光而是散射光。散射光的多少和强弱，与阻挡光前进的物质大小有关，也与色光的波长有关。

天空是蓝色的，并不是因为大气本身是蓝色的，也不是大气中某种物质是蓝色的，而是因为太阳光线射入大气层后，遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒发生散射的结果。太阳光在进入大气层传播时，大气分子和悬浮的微粒能把太阳光向四面八方散射出去，所以它们就成了散射光的光源。太阳可见光部分是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色组成的白色光。不同颜色的光波长不同，波长较短的紫、蓝、青色光波最容易被散射，而波长较长的红、橙、黄色光的透射能力较强，它们能透过大气分子和微粒，保持原来的方向前进，很少被空气分子散射。对下层空气分子散射来讲，主要是蓝色光线被散射出来。所以，人们看到的天空是蔚蓝色的。

低层大气中所见到的天空蓝色也不是一成不变的。例如有轻雾或有雾时看到的天空是白色的，有霾时看到的天空是淡蓝色。这是因为当空气中的尘埃和小水滴较多时，由于他们的直径和太阳可见光的波长差不多，对各色光的散射程度基本相同，这些质点的散射光就是各色光的复合光，呈白色。这样一来，天空中的蓝色光中就渗进了白色，而呈现淡蓝色，空气中尘埃杂质越多，天空蓝色就越淡。天空纯蓝往往出现在风雨过后，空气非常洁净的时候，所以有“雨过天青”的说法。

在天空中不同部位，蓝色程度也是不一样的。天顶蓝色最深，地平线附近蓝色较浅。这是因为越靠近地面层，大气中的尘埃和水汽等粗粒子越多，来自地平线附近的光线，在大气中通过的路程长，遇到的粗粒子多，粗粒子散射的白光和大气分子散射的蓝光混在一起，使蓝色变浅，给人们以浑浊的感觉。而来自天顶的光线因遇到的粗粒子较少，分子散射的蓝光成分大，所以蓝色就深一些。

有时空气中的水汽和尘埃较多，且尺寸较大，这些较大的粗粒子的散射和分子散射的性质大不相同，波长较长的黄橙光被散射的多一些，而总散射量也显著增长，此时天空呈黄色。反过来，天空呈黄色可以表明大气中存在着较大的水滴和尘埃，预示可能出现降水。因此，人们常说“天黄有雨”。