核心要素：冰晶、陽光角度與云層
冰晶形態是關鍵：
- 環地平弧的形成依賴于卷云或卷層云中大量扁平、六邊形板狀冰晶的存在。
- 這些冰晶必須水平懸浮于空中（就像無數片飄落的小盤子）。
精確的陽光入射角：
- 陽光必須以特定的角度（大約58度）射入這些水平冰晶的垂直側面。
- 光線在冰晶內部發生折射（類似穿過棱鏡），然后從底面射出。
- 這種獨特的“側面進-底面出”的光路，使得紅光偏折角度最小，紫光最大，從而在離開冰晶時分離出絢麗的彩虹色帶。
合適的云層條件：
- 云層必須是高空的卷云或卷層云（通常在6000米以上），由冰晶組成。
- 云層需要足夠薄且均勻，允許大量陽光穿透，同時又能提供足夠多的冰晶來產生顯著的光學效果。太厚會遮擋陽光，太薄則冰晶不足。
為何午后是“黃金時間”？溫度、角度與云層的協同
太陽高度角達到要求：
- 核心原因： 環地平弧形成所需的太陽高度角（大于58度）是一個硬性門檻。這個角度只有在太陽升到足夠高時才能達到。
- 午后高峰： 在大多數中緯度地區（環地平弧最常見區域），太陽在正午前后達到一天中的最高點。但“午后”才是更常見的觀測窗口，原因如下：
- 持續時間： 太陽高度角大于58度的時間段通常集中在正午前后幾小時。午后（例如下午1點到4點，具體時間取決于季節和緯度）正好落在這個關鍵窗口期內。太陽雖然過了最高點開始西落，但其高度角在相當長一段時間內仍能滿足大于58度的要求。
- 西斜陽光的“優勢”？ 嚴格來說，只要高度角夠大，方向不是問題。但午后太陽西斜，對于面向南方的觀察者（在北半球），環地平弧會出現在南方天空較低的位置，更容易被看到，不像正午時可能高得接近頭頂不易察覺。
溫度與冰晶形態：
- 午后升溫的影響： 地面在午后達到一天中最高的溫度。強烈的陽光加熱地表，導致近地面空氣受熱上升。
- 促進卷云形成/維持： 上升的暖濕氣流在高空遇冷凝結（或凝華），有助于形成或維持高空的卷云。午后是大氣對流相對活躍的時間之一，為高空提供了形成冰晶所需的水汽來源。
- 利于板狀冰晶水平取向：
- 卷云中冰晶的形態和取向受溫度影響。特定溫度范圍（大約-10°C到-25°C）最有利于形成扁平板狀冰晶。
- 午后對流活動帶來的水汽輸送和微妙的溫度變化，可能更有利于在該高度層形成和維持大量符合要求的板狀冰晶。
- 這些冰晶在相對穩定的高層大氣中，更容易在空氣阻力作用下保持水平漂浮的姿態，這是發生“側面進-底面出”折射的關鍵前提。
云層條件的“成熟”：
- 早晨形成的卷云，經過上午的發展，在午后可能達到一個厚度和分布都比較理想的狀態——既不太厚也不太薄，覆蓋范圍足夠廣。早晨的云可能還在發展或消散中，穩定性不如午后。
總結：午后三要素的完美交匯
- 太陽角度： 午后是太陽高度角大于58度（形成環地平弧的必需角度）的關鍵時段，持續時間長。
- 溫度與冰晶： 午后地面升溫驅動的對流，有助于為高空卷云提供水汽，并在特定溫度層促進形成大量水平漂浮的板狀冰晶（形成環地平弧的光學元件）。
- 云層狀態： 經過上午的發展，午后的卷云/卷層云更可能達到產生顯著光學效果所需的薄而均勻的狀態。
因此，火彩虹（環地平弧）多在午后出現，并非偶然，而是因為午后這個時間段，太陽高度角最可能滿足嚴格的入射角要求，同時地面升溫帶來的大氣過程又最有利于在合適的高空形成和維持富含水平板狀冰晶的卷云層。溫度、云層與陽光角度在午后達到了一種微妙的平衡與協同，共同創造了這種壯觀而罕見的大氣光學奇觀。
