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烈日炎炎，炙烤着戈壁大地，浩瀚的沙漠上，蒸腾着滚滚热浪。天空没有一丝云彩，也没有一点风。一支干渴的骆驼队艰难地行进着。突然，在远处的地平线上，奇迹般地出现了一片绿洲，绿洲内翠柳成阴，倒映在一个微波荡漾的湖面上。这是一幅多么迷人的景色呀！它驱散了游人的疲劳，给人们带来了希望。正当人们满怀喜悦的心情向着绿洲奔去的时候，它又消失了。
这种神秘的幻景也常常出现在海面上。在天气晴朗、平静无风的时候，有时会在海面上空浮现出一座城市，亭台楼阁完整地显现在空中，来往的行人、车马清晰可见，城市景色变化多端，然后逐渐模糊消失。这种神秘的模糊的幻景，人们称为“海市蜃楼”。这种奇妙的幻影究竟是怎样产生的呢？
我们知道，空气的密度随温度的变化而变化，而空气密度的变化又使它对光的折射率发生影响。在炎热的夏天，沙漠上空的温度逐渐降低，密度逐渐增大，而空气的折射率也逐渐增大。在无风的时候，由于空气的导热性差，这种折射分布不均匀的状态能持续一段时间。为了说明沙漠绿洲的形成原因，设想将空气从地平面算起分成若干个平行的折射率层，从下往上每层的折射率递增。当日光照到一棵树上，树上反射的一条光线从上层(折射率高)射向下层(折射率低)，根据光的折射定律，这条光线向折射率大的方向偏折。如果光线射到某一层，入射角大于临界角时，它将产生全反射，再度向上偏折，最后射人人们的眼睛，就会感到它好像从一面“镜子”上反射出来的一样，这面镜子就是最后反射光线的那层空气。远远看去，就像是地平线上泛起的一湾湖水，地面上的景物倒映在湖水之中。当被太阳晒热的大气微微地颤动时，便使人感到湖面上水波荡漾。这就是“沙漠绿洲”的形成原因。
海面上出现海市蜃楼的理由与此相似。因为靠近海面的温度比较低，而上方的空气温度较高，与沙漠上空的温度分布刚好相反，因此从实际景物反射出来的光线将向下弯曲，出现的幻景比实际景物高，看起来就像浮现在空中一样。