光在到達(dá)大氣與透明物體的分界面，或者光在到達(dá)密度不同的兩層大氣的分界面時(shí)，會發(fā)生傳播方向的屈折，我們把這種現(xiàn)象稱之為光的折射。光的折射遵從折射定律。
氣象學(xué)告訴我們，空氣的密度的大小主要受氣壓和氣溫兩個(gè)條件的影響。氣壓指得是單位面積空氣柱的重量。大氣層包圍在地球表面，因此在大氣層的低層氣壓較高，越向上氣壓越低。氣壓高則空氣密度大，氣壓低則空氣密度小。因此，正常情況下，總是貼近地面的空氣密度最大，越向上空氣密度越小。溫度對空氣密度的影響和氣壓則剛好相反。氣溫越高，空氣的體積越膨脹，空氣的密度越小；溫度越低，空氣收縮，則空氣的密度變大。一般越接近地面溫度越高（逆溫層是個(gè)例外）。根據(jù)實(shí)測所得，在大多數(shù)情況下，溫度的上下差別不是太大，而氣壓上下的差別卻很顯著，因此氣壓對空氣密度的垂直分布所產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)比氣溫的影響大，這就使得空氣密度經(jīng)常是越向上越小的（當(dāng)然減小的情況并不是一成不變的）。
由于地球上空氣的密度隨高度的變化，折射率隨密度減小而正比例地減小，因此光在大氣中傳播時(shí)，通過一層層密度不同的大氣，在各層的分界面處會發(fā)生折射，使光線不沿直線傳播而是變彎曲，這樣當(dāng)太陽和其他星體的光線進(jìn)入大氣以后，光線就會拐彎，這種現(xiàn)象稱天文折射，這使在地面觀測得的天體視位置S比實(shí)際位置S高。
來自大氣某目標(biāo)物發(fā)出的光線，在向接收器傳播途中發(fā)生屈折的現(xiàn)象稱地球折射。
當(dāng)大氣中溫度的垂直分布出現(xiàn)異常時(shí)，就會引起空氣密度垂直變化異常因而產(chǎn)生異常折射。如果下層空氣比上層空氣冷，也就是出現(xiàn)了強(qiáng)烈的溫度逆增時(shí)，光線在這種氣溫隨高度升高因而使空氣密度隨高度銳減的氣層中傳播，會向下屈折；而光線在氣溫隨高度而降低的氣層內(nèi)傳播，會向上屈折。實(shí)際大氣溫度的垂直分布復(fù)雜多變，因而會產(chǎn)生豐富多彩的大氣光象。
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