雾霾之辨

空气污染的日益加重让“雾霾“这样的词汇炒得沸沸扬扬，但实际上，雾霾是一回事吗？为什么它们总是会并列出现呢？气...



空气污染的日益加重让“雾霾“这样的词汇炒得沸沸扬扬，但实际上，雾霾是一回事吗？为什么它们总是会并列出现呢？

气溶胶（aerosol）

在我们区分雾霾之前，先来了解一些背景知识，比如说，什么是气溶胶？

美丽的地球有一件时刻变化的外衣——大气。根据温度的垂直分布特点我们可以把大气分为五层：对流层、平流层、中层、热层和外层。其中，对流层，也就是靠近地面的大气的最低层，集中了大气质量的 3/4，以及90%以上的水汽；大气中的主要的天气现象，如云、雾、雨、雹、雪等也都在此层内形成。所以，对流层是我们进行大气研究的一个重点对象。

按照各种组成在大气过程的作用，现代大气可以分为：1、混合气体——干洁空气，包括氮气、氧气、氩气和二氧化氮等；2、共存的三种相态的水（水汽、水粒、冰粒）；3、气溶胶——固态、液态或其他的小的颗粒子。

相信不少人都听过“丁达尔现象”这个词，丁达尔现象是胶体特有的一种光的散射现象。如图所示，在自然界中我们也能发现不少类似的现象。但是我们接触比较多的是溶胶（sol），即分散介质为液体的胶体分散体系；当分散介质变为气体时，为了加以区分，我们把这种分散体系称为气溶胶（aerosol）。


那么气溶胶有什么特点呢？

1、 和溶胶一样，气溶胶是一种比较稳定的分散体系，微粒在其中呈现悬浮状态（但这并不代表它们不会沉

降下来）；

2、 仍然和溶胶一样，气溶胶中的微粒直径也是有特点的，主要集中在0.001~100μm（另有资料显示该范

围为0.003~100μm，但是让我们先只关注下数量级好了）。而我们关注的 PM10、PM2.5 则是指空气动力学直

径为 10μm、2.5μm 的颗粒物，由此我们也可以看出，这些颗粒物就在气溶胶的直径范围内；

3、 定义中的微粒包括液体或固体微粒（particles），至于气体，个人认为也是有的，因为这些微粒可能不
是单纯的一个相，可以是多相的，气体也有可能参与构成。由此，大家要有认识了，简单地说我们吸进去的颗粒物是固体可是不科学的哦~

4、 气溶胶对大气化学、云、降水和大气辐射较重要。

雾霾之辨

虽然简单了解了气溶胶，但是气溶胶跟我们提到的雾霾有什么关系呢？实际上，广义来说，雾霾都属于大气气溶胶的范畴，二者都是漂浮在大气中的粒子使能见度恶化产生的天气现象（说是污染现象或是灾害性现象……有时候也不为过吧）。虽然有所联系，但二者的组成和形成过程大有不同。接下来我们就来对其进行一下辨识。

——雾（fog）

我们判断一件事物，最开始肯定是通过感官的，比如说看、闻、嗅之类的，对于雾霾，能见度问题，当然就是看了。不过为了表示一下理工科也可以文艺小清新，我们先来欣赏一首古诗。

“从风疑细雨，映日似浮尘。乍若转烟散，时如佳色新。”
——南梁朝·萧泽 《咏雾》

不得不说，我们的先人们对于自然界的观察还是很入微的。文学美感之后，接下来让我们用理工科的思维来赏析下这首诗。

“从风疑细雨，映日似浮尘”，由这两句我们可以得知，形成雾时的大气湿度应该是很高的，且其中包含有大量的颗粒物。事实也确是如此。理论上讲，起雾时的大气湿度应该是饱和的，但据观测，相对湿度达到 91%以上的时候即可观察到雾现象。另外，雾的形成过程中，水汽需要悬浮粒子才能形成凝结的液滴，这些悬浮粒子我们称之为凝结核。水汽在凝结核上凝结，形成的雾滴，就是我们最终看到的“映日似浮尘”中的“浮尘”。

“乍若转烟散，时如佳色新”这两句则表现了雾的飘动性和不均匀性。其中“佳色新”三字也说明，雾一般是呈现乳白色或是青白色。这是由于雾滴相对可见光波长足够大，其对光的散射与波长无关，综合效应为白色。同时，雾滴还会吸收光线，因此我们有时也会觉得雾天天空非常黯淡。

——霾（haze）

霾与雾的最大区别在于颗粒物和相对湿度。

前已提及，雾与霾都是漂浮在大气中的粒子使能见度恶化产生的天气现象。但是，形成霾的粒子却与形成雾的粒子有所区别，表现在两方面：数量和粒径。

我们所生活的大气中时刻都有各种细粒子存在着，假设空气中的水汽一定，当粒子数量多的时候，僧多粥少，每个粒子只能获得一小部分的水汽，这些粒子不可能成长太大；更何况，霾滴要想通过吸湿继续增长，必须要有足够的过饱和度，但这种过饱和度水平在自然界中并不容易达到，因此，霾粒子的粒径相对于雾滴是比较小的。


相对湿度也是区分雾与霾的辅助判据。不同机构给出的值不一样，但大部分都在 90%以下。

与雾不同的是，因为对水汽的要求不高，霾的均匀性很好，而且它在一天中的任何时候都可以出现，不像雾有一定的时段性。霾粒选择散射太阳光，对波长短的光（如蓝光）要比波长长的光（如红光）散射强，所以，在暗的背景上会看到霾带有蓝光；但是在亮的背景上，尽管有其散射的蓝光，亮背景通过霾透过的黄光更强，因而总效果是霾色为黄色或是橙灰色。

以下为雾与霾的特征对照表：



雾霾之辩

至此，我们对雾和霾算是有了一定的了解，但是为什么我们要区分雾与霾？雾霾区分的意义何在呢？

从气象的角度来说，雾霾天气均属于视程障碍现象，目前对于雾和霾的定义都是由气象部门给出的。

http://standard.cma.gov.cn/u/cms/www/201212/06003608ijf4.pdf（霾的观测和预报等级）



此标准中由于将环境要素加进了霾的指标，一定程度上反映了其污染本质。但标准仍然没有体现出雾和霾的交叉性，而且，气象部门没有可吸入颗粒物的监测能力和规范，让人对标准的执行力产生怀疑。

从污染的角度来说，大部分人可能觉得除了能见度减低之外，雾似乎是没有污染的。其实不然。雾在形成过程中吸附了大量的污染物，同时雾滴表面也是发生化学、物理化学反应的良好场所。因此，在城市地区，特别是污染严重的城市地区，雾不仅造成了视程障碍，还含有高浓度的污染微粒，对人体健康十分有害。在公众注意力都集中在霾的危害的时候，雾的判定至少能让报告好看些。

当然，这就显得以小人之心度君子之腹了。

实际上，我们研究并且对雾与霾加以区分，是由于它们的组成和形成机理大为不同，同时二者之间也有联系转化。通过对其进行更深入的研究，可以使我们掌握二者各自的特点，便于总结归纳以及应用于预报及污染防治。

参考文献：
[1] 李万彪. 《大气概论》，北京：北京大学出版社，2009.3
[2] 吴兑，吴晓京，朱小祥著. 《雾和霾》，北京：气象出版社，2009.3
[3] 唐孝炎，张远航，邵敏主编. 《大气环境化学》，北京：高等教育出版社，2006.5
[4] 教学课件及相关网络资料

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