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海面风平浪静时，有时偶然能见到一些远山、船舶或海滨城市楼房等幻影倒立空际，非常有趣。这种现象称为海市蜃楼，实际是一种大气光学现象。光线经过不同密度的空气层后，发生折射，使远处景物在空际或地面构成奇异的幻景。这种现象多出现在春夏间的海上。因为那时海水的温度低于空气。所以海面的空气稠密，而高空的空气稀薄。遇到风平浪静、气流平稳的日子，空气下密上薄的情况尤其显着。这时，气层中几经曲折地映照，并反射到我们的眼睛中来，于是出现了这样的现象。在沙漠中，有时也能见到一些树木的倒影，这和海上空际所见道理是一样的。因为沙漠中白天地面热，所以地面的空气稀薄，而高空的空气稠密；沙漠中这种幻影，因此不在空际，而在比地面理更低的地方。
由于古人缺乏科学知识，对于这种现象，往往看得很神秘。宋人沈括的《梦溪笔谈》记载说：登州（指山东蓬莱一带）地临海滨，春夏间雨后天晴时，有时可以遥见海面空中隐隐约约有城市楼台出现，其中还似乎有来来往往的行人。《遁斋闲览》也有类似的记述。古人把这种现象叫做“海市”，认为是“蜃气”结成的。例如《三齐纪略》说：“海上蜃气，时结楼台，名‘海市’。”《史记·天官书》也说：“海旁蜃气象楼阁。”什么叫做“蜃气”呢？明朝李时珍在《本草纲目·鳞部·蛟龙》下说：“蛟之属有蜃，状如蛇而大，有角，能呼气成楼台城郭之状，将雨即见，名‘蜃楼’，亦曰‘海市’。”又《介部·车螯》下说：“车螯，生海中，即蜃也，能吐气为楼台。”就是说：海里有一种蛟龙之类的动物，名叫“车螯”，也叫“蜃”，它呼出的气叫“蜃气”，“蜃气”结成楼台之状叫“蜃楼”，也叫“海市”。——这样说法，今天看来，当然是毫无科学根据的。
不过，“海市蜃楼”这个词却一直保留至今。它作为一句成语，用来比喻虚幻的、不可靠的事物，和 “空中楼阁”的意思相同。《隋唐遗事》载：唐时，张昌仪会仗着朝廷势力作威作福，那些企图升官发财的人，一时都去巴结他。李湛却瞧不起他，说：“此海市蜃楼耳，岂长久耶？”
