彩虹之地，何处可寻？

“彩虹！天，是双彩虹！”

一声惊喜的叫喊，把已经走了两个小时颠簸山路的一车人，从昏昏欲睡中唤醒。透过车窗上星星落落的雨水痕迹，果然能看到行道树的那一头挂着明亮的彩虹，两道：一道外红内紫，一道外紫内红。这或许是这次由中国气象局主办的“2018应对气候变化·记录中国”活动中，众人在新疆伊犁最期待的时刻。

我在北京，只有极偶尔的情况（大概两三年一次？），才能有幸窥到彩虹中一次，而且还是小段：北京的空气质量，实在不大利于彩虹的形成；国贸地区高楼林立，把半个天幕分成一小块一小块，而那里刚刚好是彩虹出现的地方。

所有满足红光彩虹角形成的红色圆锥体.图像来源：plus.maths.org

那条红色的弧线，就是你所看到的彩虹中那条红色。能看到的彩虹最高处在哪？与人眼仰角成42.52°的地方。所以你看，我在北京，即使天气刚刚好适合出现彩虹，说不定整个彩虹也刚刚好被某几栋建筑物挡住，无缘得见。

42.52°，是红光的彩虹角。紫光的则是41.07°。这个值小于红光，所以在彩虹中，紫色在红色下方、在彩虹的最内侧。

这个角度是怎么算出来的呢？

我们都知道，彩虹的形成离不开阳光、空中的水珠，还有光的反射和折射。 以空中的一个水珠为例，如下图黄线所示，光线在水滴内发生两次折射和一次反射。其中α为入射角，β为折射角。角 D（α） 就是射出水珠的光线偏离原始入射方向的角度。

图像来源：plus.maths.org

当射入水珠的光线不是一条而是一簇时，有一部分的光线散射出去，如同那些稀疏的黑线；还有一部分光线非常密集地射向（大致的）同一方向，像那些密集的黑线。下图中越靠近红线处的光线越密集，光强越大。这条红线就被称作为彩虹线。 

图像来源：plus.maths.org

D f (α)的最小值，就对应着彩虹线的位置。当 入射角为59.58° 时，有最小值 D f (α) = 137.48°，最终的折射光线和入射光线的夹角是 180°- 137.48°= 42.52°，即红光的“彩虹角”。

这张来自《连线》的图，则更直观清晰地展示了一束阳光是如何在两次折射一次反射中成为彩虹的。 

θ1 光线进入水滴时的入射角。

θ2 光线穿过水滴后的折射角。

v1 光线在空气中的速度。此时它接近于真空中的光速，所有颜色的光速几乎相同。

v2 光线在水中的速度，大约比在空气中慢25%。在水中，紫光约比红光慢1%。

霓，则在水珠中多了一次反射，因此外紫内红。

在新疆伊犁的夏季看到明亮、完整的虹和霓，在我看来是惊喜是幸运，但对于当地来说，或许是日常生活的一部分。伊犁下有一个县叫昭苏，每年5到8月期间，出现彩虹多达160余次，而且通常为双彩虹，甚至出现过3层以上的彩虹。2017年6月，这里竟然在12天里出现了60多次彩虹。

昭苏三面环山，东边是狭长的山谷，西边是开阔的盆地，夏季的昭苏每10天里就有五六天是雷阵雨，而且空气纯净，因此彩虹频频出现。

昭苏县就在那块深绿色的开口处。丰沛的降水让伊犁不同于许多人心目中炎热的新疆。图丨天山网

不过，即使是在这样彩虹频发的地方，究竟在哪天的几点能出现彩虹，以前也是说不准的事。如果有游客为追彩虹而去，结果刚刚好彩虹出现时正在屋内休息，岂不是遗憾地错过了？预报彩虹，则是昭苏县气象局正在努力的方向。自2017年初起，昭苏县气象局开始统计彩虹出现的相关数据，如虹霓起止时间和方位，虹霓出现时的云状、云量、云高、太阳方位，甚至虹霓出现方位的云的颜色，并通过这个“基因库”尝试预报彩虹。

目前，试运行中的彩虹预报，在彩虹出现前10小时的成功预报率有60%，2小时的成功率则高达80%。正式版彩虹预报，预计明年5月或6月起发布。

6月起的夏季，正是伊犁的旅游旺季。全球气候变化，也在对这颗明珠产生着影响。伊犁哈萨克自治州气象局副局长宋晓新介绍说，伊犁河谷近年来气温有所上升、降水增多。对比1981~2010年的三十年整编气候资料与1971~2000年的三十年整编气候资料，伊犁的年平均气温上升0.5摄氏度，年平均降水累计增长10％左右。

昭苏湿地，遥遥可见雪山

伊宁市特克斯县的喀拉峻大草原（高山草甸）

伊犁的夏季延长了15~20天，意味着游客有更多时间来这里享受美丽的风景宜人的气候；但同时，强降雨、高温日数增多，山区地质灾害、融雪性洪水风险也有所加剧。短期内，冰川融化，地面径流增加，对农业有利；但到2050年，“天山一号”冰川可能消融殆尽，那时的情况，恐怕并不乐观。正如“2014应对气候变化中国行：丝绸之路的气候变迁”考察活动中，中国气象局干旱研究所副所长王润元谈及气候变化给河西地区带来的影响时所说的——“好只是暂时的，长远看，问题就大了。”

参考资料：

[1] 换种方式看彩虹, https://www.guokr.com/article/63670/

[2] 彩虹为什么是弯的？ https://www.guokr.com/article/81674/v

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