霧霾的物理解釋

摘 要：霧霾的形成，可以說是世界發展的必然，是人類活動、科學發展以及自然活動的結果。有專家指出，霧霾的三源頭為燃燒、汽車的尾氣、揚塵。但是PM2.5的第二次爆發原因非常復雜，其中還包括了一些化學反應。文章嘗試著從物理的角度出發，分析了霧霾的形成原因。

關鍵詞：霧霾；物理解釋；原因；形成

霧霾，簡單來說就是霧及霾的組合。多見于城市。中國現在很多地區都將霧并入到霾一起當成是災害性的天氣，并以此來進行預警預報，并稱之為霧霾天氣。這種特定的氣候條件和人類活動是相互作用的，特別是在高密度人口中，經濟活動、社會活動等都會排放大量的細顆物，即PM2.5，如果排放超過大氣循環力、承載力之后，這此顆粒濃度會不斷持續、積累，這時如果再受到靜、穩天氣等影響就會出現大范圍的霧霾。

1 霧和霾的區別

霧、霾有相同的地方，即是都會呈現出視程障礙物。但是兩者的形成原因、條件卻十分不同。

霾，也被稱之為灰霾、煙霞，空氣中的硫酸、硝酸、灰塵等有機碳氫化合物等粒子可讓大氣變得混沌，視野模糊前造成能見度惡化，當有見度小于一萬米時，把這種非水成物組成氣溶膠系統造成視程障礙稱為霾。霾的尺度比較厚，可達1-3公里左右，其與霧、云均不一樣，和晴空區間未有明顯邊界，霾粒子分布均勻且灰霾粒子尺度比較小，由0.001-0.1微米，d在1-2微米左右，用肉眼是無法看到這些漂浮的顆粒物。一般來說，因為灰塵、硝酸、硫酸等粒子組成的霾其散射波長比較長的光多，所以霾看起來是呈現橙灰色或是黃色。

霧是浮游在空中大量微小水滴或是冰晶，形成條件是要有比較高的水汽飽和因素。在出現霧時，空氣相對濕度常常要接近或是達到百分之百。并且會隨著空氣濕度的日變化而出現早晚比較常見或加濃，在白天相對減少甚至是消失的現象。在出現霧時有效水平的能見度小于1km。當有效水平的能見度1-10km時稱為霧。由物理角度分析，霧和云均是空氣中的水汽所凝結或凝華的產物，因此，霧升高并離開地面就形成了云，而云降低到地面，或是移動到高山時就稱之為霧。霧的厚度小，常見的輻射霧厚度約是1-200米左右。霧、云一樣，和晴空區未有明顯邊界，霧滴深度分布不均且霧滴尺度比較大，肉眼可看到空中所漂浮的霧滴。一般來說液態水或是冰晶所組成的霧散射的光和波長關系不大，所以霧看起來多呈現的是青白色或是乳白色。

2 霧霾形成的物理解釋

2.1 形成主要原因之一——無線傳播

有一個事實我們是可以看到的，即霧霾的形成一般在夜晚或是清晨，但是不可否認，夜間、清晨太陽光線弱，當太陽到中午后，仍不能下壓霧霾顆粒時其持續的時候會比較長，光是電磁波是眾所周知的，電磁波有可能影響霧霾的形成。無線傳播才是霧霾顆粒懸浮支持者之一。

無線傳播是電磁波粒子在空間各方向所運動的結果。通常，霧霾發生在人口密度比較大的城市，而原因之一就可能是無線傳播。在人口密度大的地方，電磁波發生器多且功率大，且幾乎人手一臺的手機可看作是小型的電磁波發射器。這樣就形成了密集、強力的電磁波網，且電磁波運動是推進粒子運動、托起粒子的原因。電磁波網在冷空氣活動弱、風速不大、形成穩定大氣情況下托起了霧霾顆粒而形成霧霾。

2.2 形成主要原因之二——濕度的變化

任何物體都輻射，輻射讓物體的質量在減少。物體因為輻射減少質量和物體密度、溫度、表面積、時間乘積成正比。簡單來說，輻射的強弱和輻射源的密度、表面積、溫度等有關。密度、溫度、表面積越大，其輻射就越強。地球密度則會遠遠大于地球周圍環境密度，而地球溫度、表面積以及地球周圍環境差不多時，其平均溫度大過地球表面周圍的環境溫度。因此地球本身輻射大于其所接受的輻射。換而言之，地球本身輻射是影響地球氣溫的一個主要原因。

大太陽的輻射讓大太陽質量、r在減小，密度在增長。恒星最后會變成中子星，且這個質量、體積等沒有原來恒星大，但密度卻有所增加。簡單來說太陽對于地球氣溫的影響會伴隨著時間的推移在慢慢減弱，影響最為明顯的就是高空氣溫。因此，地球的平均氣溫在降低，而且低空氣溫在升高。

垂直方向熱空氣總是向上活動的，這點從熱氣球就可以看了。形成地球平均氣溫在降低、低空氣濕在升高。在季節交替時，溫度適宜時熱空氣向上流動，而在流動過程當中向上托住霧霾顆粒則停留在上空或帶動霧霾顆粒向上運動而形成霧霾。

2.3 形成主要原因之三——人類活動、科技的共同作用結果

霧霾的三源頭為燃燒、汽車的尾氣、揚塵。但是PM2.5的第二次爆發原因非常復雜，其中還包括了一些化學反應。分析如下：

第一，霧霾的顆粒積累。霧霾的三源頭為燃燒、汽車的尾氣、揚塵。從物理角度分析，我認為這三源頭乃為霧霾形成的積累階段。同時，霧霾顆粒積累一般發生在冬季。這主要是因為在冬季除了燃燒、汽車的尾氣、揚塵，還增加了取暖燃燒。可以說幾大源頭都在產生顆粒，但是，霧霾卻非隨時形成，原因是什么？通過研究分析可看出，霧霾顆粒密度比空氣密度大，多數霧霾顆粒形成后立刻下落，被大地進行積累，因此在一般的情況下，并不會形成霧霾。

第二，霧霾天氣的動力解析。因為地球以及太陽的輻射強度、輻射量的變化造成地球上氣溫的變化，即平均氣溫下降，低空氣溫上升，形成了低空氣溫度升高，高空的氣溫下降。地球對于氣溫的影響有一定時間，如一到兩年內基本是固定的，但總形勢為低空氣溫上升，高空氣溫下降。特別是在冬天、春天兩個季節交替時，太陽影響空氣溫度變化明顯，氣溫回升，低空氣溫升高也明顯，熱空氣的運動方面是朝上的，這就為冬季所積累的霧霾顆粒提供了向上的動力。同時，無線傳播也起到了輔助的作用，因為所有物體都具有電磁波，只是強弱不一。燃燒、化學反應等等都可能加速電磁波輻射，有利于形成霧霾。強度以及密度增加，無線傳播也為霧霾顆粒向上運動提供了大于原來的動力，讓霧霾顆粒懸浮在空中并且開成了霧霾。

第三，未有風向、雪、雨出現。沒有持續風向可確保熱空氣持續穩定向上流動，這樣霧霾顆粒在向上流動熱空氣以及無線傳播共同作用力下才能向上運動并且懸浮在空氣中形成了霧霾。特別是在春天，因為冬天所積累的顆粒大量積聚在大地表面，而在所有條件共同作用下，就會形成比較重要的霧霾天氣。

2.4 冬、夏為何不易出現霧霾天氣

在冬天，平均氣溫低，空氣向上流動比較弱，無線傳播、空氣向上流動力不足，無法托起霧霾顆粒。雖顆粒在剛剛形成時比較熱，有向上運動之力。冬季則因為氣溫低，霧霾顆粒快速變成低溫顆粒，無法向上運動則被大地收藏。因此可看出，冬天，霧霾下沉，夏天霧霾上升，因此都不容易形成霧霾。

3 結束語

霧霾，是人類社會發展所帶來的產物。由于人類的生產活動形成了霧霾的顆粒，再者因為地球氣溫的變化讓霧霾有了上升的運動力，最后當霧霾到達空中后，因為無法及時擴散至高空分解，停留在空氣低端或是地球的表面從而產生了霧霾。在條件適宜時并在氣流、電磁一起作用下，把霧霾顆粒托起到一定的高度，最終形成霧霾天氣。

參考文獻

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