广阔的天空，在晴朗无云的时候，人们看到的是湛蓝色的颜色，在有云的时候可以看到美丽的彩虹、瑰丽的彩霞、多彩的晕圈和华光等，这些绚丽多姿的光学现象，都是由于日月的光线穿过大气中云层时，被大气吸收、放射、折射、散射和衍射所造成的。
天上的云外形千姿百态，颜色多姿多彩，有的洁白如玉，有的乌黑如墨，有的灰蒙蒙一片，还有的呈现出红色和紫色的光彩分外妖娆。云体的外形虽然多种多样，但概括起来大致有三种，包括布满全天的层状云，孤立高大的积状云，以及如波涛般层叠起伏的波状云，它们的厚薄相差很大，厚的可达七八千米，薄的只有几十米。层状云和雷雨时布满天空的积雨云都比较厚，太阳和月亮的光线都难以通过，云体看起来就很黑，稍微薄一点的层状云和波状云，看起来是灰色的，波状云的边缘部分，色彩变为灰白。孤立高大的积状云比较厚，它向阳的一面，光线几乎全部反射出来，因而看起来是白色的，它背光的一面底部，光线不容易透过，看起来比较黑。
当大气中湿度较大时，或在系统性云系移近时，空中会悬浮着很多较大的水滴，这些不同大小的水滴对各种颜色光有不同的散射作用。因而有时在近地面天空形成紫红、褐红的颜色。大气中水汽含量越多，霞的色彩就越鲜艳或暗红；水汽少的时候，霞光发青发白。所以有“霞光暗红雨凄凄，霞光青白行千里”之说。天空中的云可以把霞光反射到地面，从而显出层云红遍、霞光万道的瑰丽美景。炎热的季节，雷阵雨过后常常会出现一条七色的彩环，悬挂在空中五彩斑斓，它就是人们俗称的“彩虹”，它是大气中的一种光学现象。
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