一场大雨过后，#北京彩虹#又成功上了热搜，大家都纷纷发出自己拍到的彩虹……

但这份幸运却不是人人都有，有不少人没有看到昨天的彩虹，就比如我......要是彩虹也能出个预报就好了！

我们听说过天气预报，也听到过地震预报，这都是常见的预报类型，但大家听说过彩虹预报吗？

最近，我国首条彩虹预报正式发布，不仅预报了彩虹出现的概率，还提示了容易见到彩虹的地方，准确率达到85%！

这也太梦幻了吧！

要知道彩虹的出现时间非常短，究竟是如何预测出来？并确定出现位置的呢？

彩虹是怎么形成的？

彩虹形成的基本原理，大家应该都不陌生，阳光在小水滴中发生“折射-反射-折射”后，投射到人眼中，就形成了彩虹。

1307年欧洲就有人提出了，彩虹是由水滴对阳光的折射及反射而造成的。

1637年法国哲学家、物理学家勒内·笛卡尔，用玻璃球注入水来进行实验，得出了水对光的折射指数，用数学的方法证明了彩虹的主虹是水点内的反射造成的，并准确的计算出了彩虹的角度，但未能解释彩虹的七彩颜色。1665年英国物理学家艾萨克·牛顿，利用三棱镜研究日光，发现白光是由不同颜色的光混合而成，而不同波长的光有不同的折射率，这一发现成为了光谱分析的基础，关于彩虹形成的光学原理才全部被人们发现。

其实我国早在唐代，孔颖达就提出了“若云薄漏日，日照雨滴则虹生”的观点，表明了虹是日光照射雨滴所产生的一种自然现象。之后，张志和还进行了人工造虹实验，证实了虹的产生是阳光通过水滴的结果，他还指出了，要看到虹必须“背日”。

北宋时，孙彦先也提出了“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”的说法，解释了彩虹是水滴对阳光的折射和反射。沈括在编写《梦溪笔谈》时引用并证实了这一说法，他观察到虹和太阳的位置与方向是相对的现象，这比欧洲提出彩虹概念要早了几百年。

光是一种电磁波，光的颜色是由光波的频率决定的，在我们眼睛看到的范围内，红光的频率最小，紫光的频率最大。

虽然各种频率的光，在真空中传播的速度相同，但在介质中传播时，受介质的影响，折射率有所不同。因此，当一束白光通过棱镜时，前进方向发生变化，形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光带。

▲ 来自《现代物理知识》

夏天雨过天晴后，天空中漂浮着很多小水滴，当阳光射入小水滴，即从空气进入水中时，发生第一次折射，由于构成白光的各种单色光的折射率不同，因此，光线在水滴内产生色散现象。

各色光同时在水滴内继续传播，遇到水滴的另一界面时，被反射回来，重新经过水滴内部，回到空气中时再经过一次折射。

这样，阳光在小水滴中进行了两次折射和一次反射后，就被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光。

▲ 来自《现代物理知识》

当空气中的水滴数量足够多的时候，阳光通过这些小水滴，经过反射和折射作用后，射出的光集中在一起，天空中就出现美丽的彩虹了。

这也就是为什么，彩虹往往出现在夏天的雨后，因为夏天常常下阵雨，雨的范围不大，往往是这边下雨，那边天空还挂着大太阳，而且地面温度高，雨停后，地面上的水被快速蒸发，漂浮在空中，这都给彩虹形成提供了充足的条件。

有趣的是，彩虹出现在半空中的位置不是特定的，它会随着观察者而改变，因为每个人看到的彩虹的光线，来自不同的位置，不同的水滴，所以即使站在一起，每个人看到的也都是自己的专属彩虹。

各种神奇的彩虹

一般情况下，我们看到的彩虹都是前面图中的样子，但受到水滴密集程度、水滴大小、光线入射角度等因素影响，我们有时也会看到很多特殊的彩虹。

双彩虹

平时，我们通常会看到一条彩虹，但有时在这条彩虹的外面，还能看到一条颜色顺序恰好相反，且较暗一些的另一条彩虹，叫做副虹，也被称为霓，与主虹是同心的圆弧。

霓的形成过程和虹一样，不同的是阳光从水滴下部射入，恰好在水滴内经历了两次折射和两次反射，这多的一次反射，就导致了它的光带颜色分布和虹相反。

▲ 来自《现代物理知识》

而且由于多经历了一次反射，途中光能的损失比虹要多，所以相对的霓就黯淡一些。其实，阳光在水滴内经过三次、四次反射，还可以形成第三虹、第四虹等，但经历的反射次数越多，颜色就越暗，所以一般很难被看到。

圆形彩虹

单个水滴是无法呈现整个彩虹的，当空气中有大量形状和密度较均匀的水滴时，在特定的角度这些水滴会向观察者发出较强的反射光，同一角度的水滴分布在一个假想的锥形上，而在观察者的眼中，就形成了彩虹。

▲ 来自Alexander Hau?mann

所以，完整的彩虹就是圆形的，只不过观察者的高度不够，锥形的下半部分被地面遮挡，所以我们只看到了彩虹的一半，当站得足够高时，就能看到彩虹的全貌了。

雾虹

不同颜色的光折射率不同， 所以透过水滴才形成了七色彩虹，但非常偶然的机会，我们也能看到几乎纯白的彩虹。这是水滴大小决定的，当水滴不断变小，光在穿过它们的时候，不仅会发生色散，还会发生更加明显的衍射（光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象）等其他现象。

在它们的作用下，彩虹会变得越来越宽，颜色也逐渐混合在一起，最终变成白色。

月虹

这是一种非常罕见的自然现象，是月光下出现的彩虹，又叫黑夜彩虹、黑虹。由于月亮本身不发光，它的光是反射太阳光而来的，因此亮度较小，但它和日光一样，也会透过空气中悬浮的水滴，被分解成七色的光谱。

但由于月光远没有日光明亮，所以通常只能分辨出一两种颜色，最好的观测时机是满月附近月光最亮的几天。

浪花彩虹

彩虹的出现是因为空气中的小水滴，除了雨后，浪花激起的水滴，同样能够形成彩虹，除此之外，瀑布、洒水车、甚至动物喷水也能形成短暂的彩虹。

全国首家彩虹预报

在北京，只有极偶尔的机会，才能见到一次彩虹，而且高楼林立把天空分成一小块一小块的，所以很可能也只是看到一小段彩虹。

而在新疆伊犁的昭苏县，每年5到8月间，都能看到多达160余次的彩虹，而且通常是双彩虹，甚至还曾经出现过三层以上的彩虹，被称为“彩虹之都”。

这是昭苏县特殊的地理位置决定的，三面环山，东边是狭长的山谷，西边是开阔的盆地，使得夏季的昭苏每10天里就有五六天下雷阵雨，而且空气纯净，因此彩虹频频出现。

▲ 深绿色的开口处就是昭苏

由于经常能见到美丽的彩虹，很多游客慕名而来，但彩虹这事儿说不准，可能等了一天，就在进屋休息的那几分钟里，彩虹却恰好出现。

于是从2017年起，昭苏气象局开始统计彩虹出现的相关数据，例如起止时间和方位、云量、云状、云高、太阳方位，甚至彩虹出现方位的云的颜色，建立起了彩虹的“基因库”，尝试预报彩虹。

通过不断扩充的基因库，彩虹的预报准确性越来越高，10小时内的预报准确率达到了85%以上，这下大家就可以准确的追彩虹啦！

其实不只是彩虹预报，最近几年多了很多新奇的气象预报，像是樱花、杏花、油菜花、荷花等的花期预报，结合风力、湿度、能见度、空气质量等预测出的蓝天预报，还有过敏人士最关注的却又不想看到的柳絮预报等等。

有了这些预报，我们就能更好的享受大自然带给我们的惊喜，真希望北京也能出个彩虹预报，就可以不在朋友圈里赏彩虹了。

作者：大脸喵
编辑：沈湫莎 陈曦（实习生）
责任编辑：任荃

来源：费米科学、中科院物理所