每年的冬季，除了席卷全国的寒潮，最令人们难以忍受的便是灰蒙蒙的雾霾天了。每逢冷空气间歇，许多大城市的上空便为一层灰霾覆盖，令人心情压抑，呼吸难受。有人调侃说，世界上最远的距离，不是生与死的距离，而是雾霾天，我就站在你面前，却看不到你……

关键词：科普；雾霾；气溶胶

那么，雾霾是由什么组成的？雾霾的形成与什么条件有关？雾霾天气又该如何预报呢？今天第一回书，先给大家介绍一下雾霾的成分，并介绍气溶胶的概念。

雾霾是大气污染的一种，也是目前城市最常发生的污染。媒体大众所称的“雾霾”含义比较广，包括了一切导致视程障碍的污染天气现象，如山火、火山喷发导致的烟尘天气，以及沙尘天气，而实际上，大气科学中对所谓“雾霾”的最主要成分，有专门的名词称呼——气溶胶。

气溶胶是什么？

气溶胶实际上是物理学中对混有固、液微粒的气体统称。溶液是某种物质溶解在液体中形成的，而气溶胶则是固态、液态小微粒均匀分散于气体中形成的。雾实际上就是液体气溶胶，是分散在大气中的小液滴；霾则是固体气溶胶，是分散在大气中的固态小颗粒。由于固体小颗粒表面通常也附着有小液滴，而小液滴的形成通常也需要其中有一个固态凝结核，所以两者被合称为雾霾。

地球近地面的大气总是混合有大量小液滴、小颗粒物，而不会是绝对纯净的气体，因此可以说，地球表面的大气就是一层气溶胶。不过，由于实际应用中，通常把大气作为研究的环境，我们更关心其中一些微量污染性气体和固液态小微粒的性质，所以气溶胶侧重点在于“气”里面“溶”了什么物质，而不是“气”本身，并由此产生沙尘气溶胶、火山灰气溶胶、城市气溶胶等等概念。

山火产生的烟也是一种气溶胶

自然界中的气溶胶很多，而且在地球大气中扮演着极其重要的作用。

首先，气溶胶可以直接散射太阳光，减少到达地面的日照辐射。其次，气溶胶是成云、成雨的关键物质，是水汽凝结的凝结核。如果没有气溶胶，大气中的水分子很难聚到一起形成液滴或者冰晶，天空中就不会有云，更不会有降水，雨雪雾霾都不会存在；而云既可以在白天遮阳，使阳面不至于过热，又可以在晚上挡住地面散发的热量，使得阴面不至于过冷；如果没有云，地球昼夜温差会急剧升高，大气层难以维持适宜的温度范围，地球会丧失一切生机。

气溶胶直接与间接作用的示意图。左边显示的是气溶胶对气候的直接效应，即散射太阳光；右边显示的是间接效应，即通过影响成云、降水，对气候产生影响。

自然界的气溶胶有什么成分呢？

主要是海浪泡沫蒸发出来的各种盐颗粒，自然火灾、火山喷发产生的颗粒物，还有沙尘。这些自然界产生的气溶胶亿万年来承担着维持地球气候的重要作用。

海浪破碎，海盐通过蒸发的海水泡沫进入大气成为气溶胶

我们遭遇的雾霾，又是什么成分呢？

我们所遇到的雾霾，实际上成分大多来自人为的排放。空气污染物质有八类：颗粒物，氮氧化物，卤化物，硫化物，臭氧，一氧化碳，有机污染物，以及放射性物质。除了最后的放射性物质，其他都是雾霾中的常见成分。

为了对空气污染的严重程度进行评估，环境学家设置了“空气质量指数（AQI）”，以六大污染物浓度（PM2.5,PM10,臭氧,一氧化碳,二氧化硫,氮氧化物）作为分指标。

AQI的六个等级。AQI最高值就是500，如果污染物数据超过该标准就被认为是“爆表”了。

AQI的中国标准。美国标准与中国标准主要区别在PM2.5的浓度这一项，美国标准要严格的多，24小时平均达到35微克每立方米已经可以判定为轻度污染（AQI>100），12微克每立方米以下才能判定为优秀（AQI<50）

雾霾中污染物的组成，可以按照形态分为气相污染物和固相污染物。

气相主要是来自人为排放的各种废气，如一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、臭氧、有机烃类和芳香化合物。臭氧虽然在平流层中能起到阻挡紫外线的作用，对人类生存有重要作用，但是到了近地面，臭氧就是一种刺激性污染气体，会引发哮喘等呼吸道疾病。

固相主要是各种颗粒物，也即气溶胶的溶质，如沙尘、海盐、有机颗粒物、工业扬尘、黑炭等等，化学成分包含多种致癌有机物。我们经常说的PM2.5就是指空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物，也叫细颗粒物，可以从呼吸道进入肺、甚至被人体吸收的颗粒物，对人体健康有很大威胁。另外被加入空气质量标准的PM10就是指空气动力学直径小于10微米的颗粒物，也叫可吸入颗粒物，当然，其中包括了PM2.5。

一图看出PM2.5有多小？

这些污染物从哪里来呢？

主要还是源于化石燃料的燃烧（如工厂废气、汽车尾气等）。燃煤本身不是纯粹的碳，里面含常常含有硫、硝酸盐等杂质，这些杂质处理不干净，一同燃烧就会产生二氧化硫、氮氧化物；如果燃烧不充分，就会出现煤烟和一氧化碳；卡车燃烧柴油，其中常常含有有毒杂质，加上一些工业添加的重金属物质，随着尾气排放到大气中，形成污染。

另外，我国冬季经常有农民焚烧秸秆的现象。因为秸秆成分复杂，难以充分燃烧，容易产生大量刺鼻的有害气体和烟灰，导致雾霾。

秸秆焚烧

直接排放的一次污染物危害已经很大，而不同的污染物充分混合，在阳光照射下还会发生复杂的化学反应，形成更多种类、更加危险的二次污染物。

光化学烟雾就是这样的污染物。光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）、臭氧等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成的二次污染物。上世纪中叶的洛杉矶光化学烟雾事件是历史上著名的环境公害事件，严重影响了市民健康，成千上万的居民因此患病。

雾霾是在什么条件下形成的？什么时候雾霾最严重？什么地方的雾霾最严重？且听下回分解。

参考资料

[1] 盛裴轩等，《大气物理学》，北京大学出版社

[2] 百科资料

[3] 封面图来源于NASA卫星资料，其他来自网络

（责任编辑：郭晋）

（转载自 石头科普工作室）