上回书，我们了解了雾霾（空气污染）形成的条件。本回将为您讲述：雾霾（空气污染）如何监测和预报。
关键词：科普；雾霾预报；雾霾监测
空气污染的监测
地面监测
空气污染的监测网络目前已经覆盖了绝大多数县级及以上气象站。在大城市中几乎每个街道办都会有一套空气污染监测设备。
户外空气质量监测站（简称空气站）
空气站的功能主要是对空气中的常规污染因子和气象参数进行24小时连续在线的监测，将分析出的数据提供给环保局作为空气质量好坏参考，并辅助环保决策。
其中待监测因子包括：颗粒物（PM2.5，PM10），臭氧，二氧化硫，一氧化碳，硫化氢，氮氧化物，挥发性有机污染物，总悬浮颗粒物，黑炭，铅，苯，气象参数，能见度等。
现在也有一些厂家生产上图所示的微型空气质量监测站，可以用来测定室内的空气质量。
监测站配有多种常规气象仪器和污染物监测仪器。常规气象仪器用来测定风（水平风速，垂直风速，风向）、气压、气温、能见度、日照辐射强度等等，作为辅助统计污染物浓度的参数。污染物监测仪器有很多种，但是统一由一个蘑菇形探头收集污染大气，然后分到测站内部的仪器中进行测量。
在测站内部，颗粒物计数仪通过动力学方法将含有颗粒物的大气吸入后，将大颗粒、小颗粒分离，再通过光学方法对细颗粒物每一分钟或半分钟进行一次计数，得到实时浓度。
对各类气体污染物，有分别对不同污染气体敏感的探头，可以测出各气体污染物实时浓度。对黑炭，还有专门的分析仪器进行浓度测定。之所以单独测定黑炭浓度，是因为黑炭在所有大气颗粒物中对太阳光吸收效率最高，接近100%，对气候有重要影响。
从遍布全国的监测站源源不断传出数据，经过汇总后，各站点每小时发布一次空气质量指数（AQI）及几大污染物浓度值，显示在地图上。
2018年12月2日晚东亚空气质量情况图
可以看到，在12月2日晚上，雾霾天气较为严重，我国华北地区出现大面积重污染。南方沿海和日本的空气质量较优。
卫星遥感观测
通过卫星上搭载的各种探测设备也可以探测出各种大气污染物的浓度。MODIS, VIIRS等光谱仪器可以通过发射、接收特定波长电磁波的方法，描绘出某区域大气污染物的总量分布。
虽然从精确度上卫星遥感不如地面监测，而且卫星观测还会受到云的干扰，但是从覆盖范围上，卫星观测比地面测站覆盖面广得多。
NASA在2009年拍摄的遥感图像，灰色部分即为雾霾区域
空气污染的预报
污染扩散气象条件预报
目前，对空气污染的预报也已经发展得较为成熟了。对空气污染的预报，最需要关注的是污染物扩散条件。
在上一篇文章中我们讲到雾霾的成因和发展条件，因此通过对各类气象参数（影响因子）的监测，就可以归纳出空气污染扩散的条件。这些参数不外乎“温、压、湿、风”，以及日照辐射等等。这些参数录入超级计算机进行模式推算，就能得出局地的大气稳定度等扩散条件。
扩散条件和空气质量一样可以分为几个等级，级别越高，越容易出现空气污染。对空气污染的预报事实上已经是天气预报的常规组成部分。
中央气象台的空气污染扩散条件预报
结合空气污染扩散的气象条件，以及地面实况监测污染物浓度的情况，可以得出霾预报。对于西北地区，根据颗粒物成分与大风等气象条件，可以得出沙尘预报。
中央气象台的霾预报与沙尘预报
（这里选取的并不是同一天的预报）
全国范围预报的天气学原理
我国大部地区冬春季都处在西风带长波的影响之中，高空由冷槽（冷涡，冷空气）、暖脊（暖高压，暖湿气流）交替控制。
冷空气向东南推进，与暖湿气流相碰撞，全国大部地区就可能经历一段刮大风、降温、降雨雪的天气过程，污染物就会被扫清；而冷空气过后，高空轮到暖脊控制，近地面空气流动性减弱，全国大部地区就会陷入稳定层结，出现大范围雾霾天气。
根据这个规律，气象学家们可以建立起中长期的预报模式，对未来两到三周的天气进行展望，分析出发生空气污染的可能时间范围和空间范围
北京与西安11月10日-12月9日空气质量变化。每一次峰值都对应一次冷空气过程。
当然冷空气也并非“一来就能吹走雾霾”，污染扩散条件和雾霾的发生也并不是绝对一致的。
冷空气带来的狂风可以吹走霾，也能卷起戈壁上的沙尘，同样会导致空气污染。
出现沙尘天气时，扩散条件不一定很差，只是污染物分布区域太大，浓度太高，以至于需要很长时间才能排除干净。而对于一些偏远山区，尽管扩散条件很差，但是产生的空气污染物非常少，就不会至于形成雾霾。
污染物长距离输送的情况考虑
一个地区雾霾天的结束并不代表雾霾“凭空消失”。
一个地区的雾霾天气结束后，污染物有两种去向：
其一是随降雨降雪落到地面（湿沉降），或者重力沉降到地面（干沉降），统称为沉降过程。
其二则是由气流裹挟转移到其他地区。当雾霾非常严重（或者遇到大范围强烈沙尘暴天气）时，气势汹汹的冷空气可以将雾霾“传播”到更远的范围。华北平原的雾霾就经常会随冷空气南下侵袭长江流域，导致南北方的雾霾“合兵一处”，加重长江流域的污染。如果风向为偏西风，日本、韩国也会受到类似的影响。
在一次冷空气过程中，沿京广线的三座省会城市自北向南先后遭遇重污染的实例
不过，由于雾霾分布的垂直高度一般都在1-2公里以内，通常无法传播到非常遥远的地方就会稀释，或者沉降殆尽。
若是沙尘则不同，强烈的沙尘暴可以达到5-8公里的高度，随着对流层中层的急流可以跨洋传播。比如起源于蒙古的沙尘暴就可以传播到夏威夷的高空，甚至漂洋过海到达美国本土(参考资料5)。
对雾霾的系列科普到此告一段落。读者朋友们是否对雾霾和空气污染有了更多了解呢？
撰稿/美编：张昱衡
后期润色：渡鸦
参考资料
[1] 任保华，空气污染气象学（讲义）
[2] 伍荣生等，天气学原理
[3] 百科资料
[4] 图片来自网络，数据来源：国家环保部，中央气象台
[5] Creamean, Jessie M., et al. 'Dust and biological aerosols from the Sahara and Asia influence precipitation in the western US.' science 339.6127 (2013): 1572-1578.
（责任编辑：郭晋）
（转载自 石头科普工作室）
