就拿下蜃的形成來說。夏季沙漠中烈日當頭，沙土被曬得灼熱，因沙土的比熱小，溫度上升極快，沙土附近的下層空氣溫度上升得很高，而上層空氣的溫度仍然很低，這樣就形成了氣溫的反常分布，由於熱脹冷縮，接近沙土的下層熱空氣密度小而上層冷空氣的密度大，這樣空氣的折射率是下層小而上層大。當遠處較高物體反射出來的光，從上層較密空氣進入下層較疏空氣時被不斷折射，其入射角逐漸增大，增大到等於臨界角時發生全反射，這時，人要是逆著反射光線看去，就會看到下蜃。
柏油馬路因路麵顏色深，夏天在灼熱陽光下吸收能力強，同樣會在路麵上空形成上層的空氣冷、密度大，而下層空氣熱、密度小的分布特征，所以也會形成下蜃。
發生在沙漠裡的“海市蜃樓”，就是太陽光遇到了不同密度的空氣而出現的折射現象。沙漠裡，白天沙石受太陽炙烤，沙層表麵的氣溫迅速升高。由於空氣傳熱性能差，在無風時，沙漠上空的垂直氣溫差異非常顯著，下熱上冷，上層空氣密度高，下層空氣密度低。當太陽光從密度高的空氣層進入密度低的空氣層時，光的角度發生了改變，經過光的折射，便將遠處的綠洲呈現於人們眼前了。在海麵或江麵上有時也會出現這種“海市蜃樓”的現象。
海市蜃樓是一種因遠處物體被折射而形成的幻象，其產生原因是太陽使地麵溫度上升後形成的一種氣溫梯度。由於密度不同，光線會在氣溫梯度分界處產生折射現象。我們的大腦認為光線總是沿直線傳播，但是當光線通過下方溫度低、密度大的大氣時，就會向下折射，所以大腦中顯現的遠處物體就會比實際高。
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海市蜃樓經常發生在海上和沙漠中。因為海上一定範圍之內的空間空氣濕度較大，厚度也比較大，這樣大麵積的水蒸汽在運動下陰差陽錯地形成了一個巨大的透鏡係統。當近地麵的氣溫劇烈變化時，則會引起大氣密度的巨大差異，遠方的景物，在光線傳播時則會發生異常折射和全反射，從而造成蜃景。另外，海市蜃樓的發生還與不同高度空氣層的折射率有關，水汽含量是直接影響折射率的重要氣象要素。同時，與氣溫、相對濕度突變也存在著一定關係。
沙漠中出現的海市蜃樓，會使人很難辨別遠處的物體，同時也會使遠處視野的輪廓變得模糊不清，就感覺好像被一片水包圍著，而那片區域高出來的部分看上去就像水中的“島嶼”。另外，海市蜃樓還會使識別目標、估計射程、發現人員等變得十分困難。不過，如果找到一個高一點的地方（高出沙漠地麵3米左右），那就可以避開貼近地表的熱空氣，從而克服海市蜃樓幻境。總之，隻要稍稍調整一下觀望的高度，海市蜃樓現象就會消失，或者它的外觀和高度會發生改變。
有關海市蜃樓的現象，自古就有，經過多年的研究，科學界對海市蜃樓的形成原因已有研究結論。海市蜃樓是一種正常的光學現象，它的形成原因主要是由於光的折射而形成的，當沙質或石質地表熱空氣上升，使得光線發生折射作用，於是就產生了海市蜃樓。
光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變，從而使光線在不同介質的交界處發生偏折。理解：光的折射與光的反射一樣都是發生在兩種介質的交界處，隻是反射光返回原介質中，而折射光線則進入到另一種介質中。由於光在兩種不同的物質裡傳播速度不同，故在兩種介質的交界處傳播方向發生變化，這就是光的折射。
有人曾利用裝置，使光線從水裡投射到水和空氣的交界麵上，就可以看到光線在這個交界麵上分兩部分：一部分反射到水裡，一部分折射到空氣中去。如果轉動水中的那麵鏡子，使投向交界麵的光線更傾斜一些，那麼光線在空氣中的折射現象就會顯得更厲害些。
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