光线在不同密度的透明介质中传播时，传播方向发生变化的现象，叫做光的折射。入射光线和法线的夹角称为入射角，折射光线与法线的夹角称为折射角（图甲）。许多有趣的光学现象都与折射引起的光线弯曲有关。某些时候行驶在高速公路上，会看到不远的前方路面上好像有一滩积水，车开过去后却发现路面干燥，没有积水。这些“积水”实际上是由于高速公路上方的空气存在密度差异，使天空向下传输的光线因折射而弯曲，将天空的图像“倒映”在了路面上而形成的。这种现象和沙漠中的海市蜃楼成因一致。图乙示意沙漠中海市蜃楼形成过程中光线的折射路径，图8示意沙漠海市蜃楼的形成过程。如图丙沙漠中的海市蜃楼是光线向下传输时因发生折射而向上弯曲形成的，因此我们看到的海市蜃楼虚像位置往往低于实际物体，这种海市蜃楼叫下蜃景。与此相反，还普遍存在虚像高于实际物体的海市蜃楼，叫做上蜃景。

   对流层是地球大气圈的最底层，该层大气上部冷、下部热，有利于大气的对流运动。下图示意l907年南极布伦特冰架上的哈雷站位置（下左图）和1957-1993年哈雷站1月和7月低层大气平均气温随高度变化（下右图）。