2005年5月23日下午，在有“人间仙境”之称的山东蓬莱群岛出现了极为罕见的自然奇观，上万名市民和游客有幸目睹了这一奇观。人们看到，当海面上的薄雾消退，海面上空突然出现了一座繁华美丽的城市。城市中的高楼大厦、宽广的街道呈现眼前，甚至还能够清晰地看到人车在路上走动穿梭。这一奇特的现象持续了很长时间，最后随着海风慢慢消失。
19世纪时，欧洲的许多探险家深入到非洲的撒哈拉大沙漠进行探险。随着探险队深入到沙漠腹地，所携带的用水日益减少，许多队员焦渴难耐。某一天，他们在寻找水源的过程中，突然发现前方不远的地方有一个很大的湖泊。喜出望外的队员们雀跃着奔向湖泊，却发现总也到达不了目的地。
1815年6月18日早晨，英国、普鲁士联军与拿破仑的军队在滑铁卢进行战役，距此105千米远的比利时小城镇市民竟看到天空中战马奔驰、大炮无声地发射、密集的队伍冲杀的奇异幻景。
上述种种不同时期所看到的奇异景象，其实就是海市蜃楼。在平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城郭、树木等幻景，人们称之为海市蜃楼。我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景，古人归因于蛟龙之属的蜃，吐气而成楼台城廓，这种现象因而得名。
现在人们已经知道，海市蜃楼是由于光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而形成的。
夏天，海面上的空气下层温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大。远处的山峰、船舶、楼房等反射的光线射向空中时，由于不断被折射，就会越来越偏离法线（穿过入射点与水平线垂直的线）方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射。光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中。
在沙漠中，当太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即。
海市蜃楼不仅能在海上、沙漠中产生，在柏油马路上偶尔也会被人们看到。柏油马路因为路面颜色深，夏天在灼热阳光下温度较高，同样会使路面上的大气层呈现上层空气冷、密度大而下层空气热、密度小的分布特征，所以也会出现海市蜃楼。
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