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当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候，光的速度不变，它以直线的方向前进，可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时，光的速度就会发生改变，进行的方向也发生曲折，这种现象叫做折射。当你用一根直杆倾斜地插入水中时，可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好像折断的一般，这就是光线折射所成的，有人曾利用装置，使光线从水里投射到水和空气的交界面上，就可以看到光线在这个交界面上分两部分：一部分反射到水里，一部分折射到空气中去。如果转动水中的那面镜子，使投向交界面的光线更倾斜一些，那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些。
空气本身并不是一个均匀的介质，在一般情况下，它的密度是随高度的增大而递减的，高度越高，密度越小。当光线穿过不同高度的空气层时，总会引起一些折射，但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了，所以不觉得有什么异样。
在夏季，白昼海水温度比较低，特别是有冷水流经过的海面，水温更低，下层空气受水温更低，下层空气受水温影响，比上层空气更冷，所以出现下冷上暖的反常现象，下层空气本来就因气压较高，密度较大，现在再加上气温又较上层更低，密度就显得特别大，因此空气层下密上疏的差别异常显著。
假使在我们的东方地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了。来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生全反射，又折回到下层密的气层中来；经过这样弯曲的线路，最后投入我们的眼中。我们就能看到它的像。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的，因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多，所以叫做上现蜃景。
明袁可立《观海市》诗并序：“余建牙东牟，岁华三易。每欲寓目海市，竟为机务缨缠，罔克一觐。甲子春，方得旨予告，因整理诸事之未集，又两阅月，始咸结局。于是乃有暇晷。仲夏念一日。偶登署中楼。推窗北眺，于平日沧茫浩渺间俨然见一雄城在焉。因遍观诸岛，咸非故形。卑者抗之，锐者夷之；宫殿楼台，杂出其中。谛观之，飞檐列栋，丹垩粉黛，莫不具焉。纷然成形者，或如盖，如旗，如浮屠，如人偶语。春树万家， 参差远迩，桥梁洲渚，断续联络，时分时合，乍现乍隐，真有画工之所不能穷其巧者。世传蓬菜仙岛,备诸灵异，其即此是欤？自已历申，为时最久,千态万状，未易弹述。岂海若缘余之将去而故示此以酬夙愿耶？因作诗以记其事云。 登楼披绮疏，天水色相溶。 云霭洚无际，豁达来长风。 须臾蜃气吐，岛屿失恒踪。 茫茫浩波里，突忽起崇墉。坦隅迥如削，瑞采郁葱葱。阿阁叠飞槛，烟霄直荡胸。遥岑相映带，变幻纷不同。峭壁成广阜，平峦秀奇峰。高下时翻覆，分合瞬息中。云林荫琦坷，阳麓焕丹丛。浮屠相对峙，峥嵘信鬼工。村落敷洲渚，断岸驾长虹。人物出没间，罔辨色与空。倏显还倏隐，造化有元功。秉钺来渤海，三载始一逢。纵观临已申，渴肠此日充。行矣感神异，赋诗愧长公。”是现存蓬莱阁诗文中记述海市最真实得体的一篇文章。
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