霧霾之辨

氣溶膠（aerosol）

在我們區分霧霾之前，先來了解一些背景知識，比如說，什么是氣溶膠？

美麗的地球有一件時刻變化的外衣——大氣。根據溫度的垂直分布特點我們可以把大氣分為五層：對流層、平流層、中層、熱層和外層。其中，對流層，也就是靠近地面的大氣的最低層，集中了大氣質量的 3/4，以及90% 以上的水汽；大氣中的主要的天氣現象，如云、霧、雨、雹、雪等也都在此層內形成。所以，對流層是我們進行大氣研究的一個重點對象。

按照各種組成在大氣過程的作用，現代大氣可以分為：1. 混合氣體——干潔空氣，包括氮氣、氧氣、氬氣和二氧化氮等；2. 共存的三種相態的水（水汽、水粒、冰粒）；3. 氣溶膠——固態、液態或其他的小的顆粒子。

相信不少人都聽過“丁達爾現象”這個詞，丁達爾現象是膠體特有的一種光的散射現象。在自然界中我們也能發現不少類似的現象。但是我們接觸比較多的是溶膠（sol），即分散介質為液體的膠體分散體系；當分散介質變為氣體時，為了加以區分，我們把這種分散體系稱為氣溶膠（aerosol）。

那么氣溶膠有什么特點呢？

1. 和溶膠一樣，氣溶膠是一種比較穩定的分散體系，微粒在其中呈現懸浮狀態（但這并不代表它們不會沉降下來）；

2. 仍然和溶膠一樣， 氣溶膠中的微粒直徑也是有特點的，主要集中在0.001～100μm。而我們關注的 PM10、PM2.5 則是指空氣動力學直徑為10μm、2.5μm 的顆粒物，由此我們也可以看出，這些顆粒物就在氣溶膠的直徑范圍內；

3. 定義中的微粒包括液體或固體微粒（particles），至于氣體，個人認為也是有的，因為這些微粒可能不是單純的一個相，可以是多相的，氣體也有可能參與構成。由此，大家要有認識了，簡單地說，我們吸進去的顆粒物是固體可是不科學的；

4. 氣溶膠對大氣化學、云、降水和大氣輻射較重要。

霧與霾

雖然簡單了解了氣溶膠，但是氣溶膠跟我們提到的霧霾有什么關系呢？實際上，廣義來說，霧霾都屬于大氣氣溶膠的范疇，二者都是漂浮在大氣中的粒子使能見度惡化產生的天氣現象。雖然有所聯系，但二者的組成和形成過程大有不同。接下來我們就來對其進行一下辨識。

霧（fog）

我們判斷一件事物，最開始肯定是通過感官的，比如說看、聞、嗅之類的，對于霧霾，能見度問題，當然就是看了。從文學上來看， 霧卻以朦朧之美著稱， 古時就有詩句：

“從風疑細雨，映日似浮塵。

“乍若轉煙散，時如佳色新。”

——南朝 梁·蕭澤《 詠霧》

不得不說，我們的先人們對于自然界的觀察還是很入微的。文學美感之后，接下來讓我們要用科學精神來分析這首詩。

“從風疑細雨，映日似浮塵”，由這兩句我們可以得知，形成霧時的大氣濕度應該是很高的，且其中包含有大量的顆粒物。事實也確是如此。理論上講，起霧時的大氣濕度應該是飽和的，但據觀測，相對濕度達到 91% 以上的時候即可觀察到霧現象。另外，霧的形成過程中，水汽需要懸浮粒子才能形成凝結的液滴，這些懸浮粒子我們稱之為凝結核。水汽在凝結核上凝結，形成的霧滴，就是我們最終看到的“映日似浮塵”中的“浮塵”。

“乍若轉煙散，時如佳色新”這兩句則表現了霧的飄動性和不均勻性。其中“佳色新”三字也說明，霧一般是呈現乳白色或是青白色。這是由于霧滴相對可見光波長足夠大，其對光的散射與波長無關，綜合效應為白色。同時，霧滴還會吸收光線，因此我們有時也會覺得霧天天空非常黯淡。

霾（haze）

霾與霧的最大區別在于顆粒物和相對濕度。

前已提及，霧與霾都是漂浮在大氣中的粒子使能見度惡化產生的天氣現象。但是，形成霾的粒子卻與形成霧的粒子有所區別，表現在兩方面：數量和粒徑。

我們所生活的大氣中時刻都有各種細粒子存在著，假設空氣中的水汽一定，當粒子數量多的時候，僧多粥少，每個粒子只能獲得一小部分的水汽，這些粒子不可能成長太大；更何況，霾滴要想通過吸濕繼續增長，必須要有足夠的過飽和度，但這種過飽和度水平在自然界中并不容易達到，因此，霾粒子的粒徑相對于霧滴是比較小的。

相對濕度也是區分霧與霾的輔助判據。不同機構給出的值不一樣，但大部分都在 90% 以下。

與霧不同的是，因為對水汽的要求不高，霾的均勻性很好，而且它在一天中的任何時候都可以出現，不像霧有一定的時段性。霾粒選擇散射太陽光，對波長短的光（如藍光）要比波長長的光（如紅光）散射強，所以，在暗的背景上會看到霾帶有藍光；但是在亮的背景上，盡管有其散射的藍光，亮背景通過霾透過的黃光更強，因而總效果是霾色為黃色或是橙灰色。

至此，我們對霧和霾算是有了一定的了解，但是為什么我們要區分霧與霾？霧霾區分的意義何在呢？

從氣象的角度來說，霧霾天氣均屬于視程障礙現象，目前對于霧和霾的定義都是由氣象部門給出的。

此標準中由于將環境要素加進了霾的指標，一定程度上反映了其污染本質。但標準仍然沒有體現出霧和霾的交叉性，而且，氣象部門沒有可吸入顆粒物的監測能力和規范，讓人對標準的執行力產生懷疑。

從污染的角度來說，大部分人可能覺得除了能見度減低之外，霧似乎是沒有污染的。其實不然。霧在形成過程中吸附了大量的污染物，同時霧滴表面也是發生化學、物理化學反應的良好場所。因此，在城市地區，特別是污染嚴重的城市地區，霧不僅造成了視程障礙，還含有高濃度的污染微粒，對人體健康十分有害。在公眾注意力都集中在霾的危害的時候，霧的判定至少能讓報告好看些。

實際上，我們研究并且對霧與霾加以區分，是由于它們的組成和形成機理大為不同，同時二者之間也有聯系轉化。通過對其進行更深入的研究，可以使我們掌握二者各自的特點，便于總結歸納以及應用于預報及污染防治。