雾霾天气形成原因雾霾成因基本清晰破解雾霾形成之谜

研究解决烟雾形成之谜

雾霾在城市中常见，在中国许多地区被用作预警和预测的灾害性天气现象。霾是特定气候条件和人类活动相互作用的结果。高密度人口的经济社会活动必然会排放大量的细颗粒物。近年来，北京和华北地区雾霾频发。据了解，研究表明，硫酸盐是形成严重污染的主要驱动因素。从绝对贡献来看，硫酸盐在重度污染时占大气细颗粒物PM2.5的20%，是比例最高的单体；相对趋势上，随着PM2.5污染程度的上升，硫酸盐是PM2.5中相对比例上升最快的成分。因此，对硫酸盐来源的研究是解释烟雾形成的关键科学问题。

中国和德国的研究人员21日表示，他们解开了北京和华北雾霾最重要的组成部分——硫酸盐形成的谜团，发现大气细颗粒物吸附的水中二氧化氮和二氧化硫之间的化学反应是雾霾期间硫酸盐形成的主要途径。这一发现凸显了在继续实施减排措施以缓解空气体污染问题的同时优先减少氮氧化物的重要性。

清华大学贺克斌院士、张强教授、郑广杰博士、程教授、乌尔里希·波施尔教授和德国马克斯·普朗克化学研究所教授在新一期《美国科学进步杂志》上报道，他们通过现场观察、模型模拟和理论计算发现，硫酸盐主要是北京和华北雾霾期间溶解在空气体中的二氧化硫和二氧化氮的“颗粒物”，它在中国北方独特的中性环境中反应迅速。颗粒物结合水是指高相对湿度环境下PM2.5潮解吸收的水分。

这一结论与通常认为的硫酸盐形成机制大相径庭。现有基于欧美的经典大气化学理论认为，硫酸盐主要形成于云水环境。因为云内液态水含量远高于颗粒物结合水，通常要高出1000到100000倍，相比云水中的硫酸盐生成反应，颗粒物结合水的反应可以忽略不计。理论计算还表明，在云水反应路径中，二氧化氮氧化的二氧化硫对硫酸盐的贡献可以忽略不计。

北京和华北雾霾期间，一方面，由于静态稳定气象条件下颗粒物浓度急剧上升，相对湿度较高，颗粒物结合水含量远高于经典情景，颗粒物结合水中反应总量大幅增加；另一方面，严重雾霾期间的二氧化氮浓度是经典云水情景下的50倍以上，直接改变了二氧化氮氧化路径的相对重要性。此外，北京和华北地区存在大量的氨、矿物粉尘等碱性物质，使得当地颗粒物束缚的水的pH值远高于美国等地，呈现出独特的中性环境，二氧化氮氧化机制的反应速率会随着pH值的增加而大大增加。因此，研究人员在论文中指出，优先减少氮氧化物的排放可能会大大降低中国雾霾中硫酸盐的污染水平。

“高二氧化硫主要来自燃煤电厂，高二氧化氮主要来自电厂和机动车等。氨和矿物粉尘等碱性物质在中和中起作用，来自农业、工业污染和粉尘等其他来源。这些不同的污染源在我国以高强度同时排放，导致硫酸盐以独特的化学生成路径快速形成，这是重度雾霾期间颗粒物浓度快速增加的主要原因之一。”贺克斌院士说。研究结果为今后科学减排、合理安排减排措施提供了有力支持。

什么是雾霾？

霾，顾名思义，就是雾和霾。但是雾和霾有很大的区别。空空气中由灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统称为霾。阴霾就是阴霾。雾是由悬浮在地面附近空气中的大量微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。多发生在秋冬季节，是近表层空水汽凝结的产物。雾的存在会降低空空气的透明度，使能见度变差。如果目标的水平能见度降低到1000米以下，则地面附近的空气中悬浮着水汽凝结体的天气现象空称为雾。

霾，也叫haze 空空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等颗粒也会使大气浑浊。目标水平能见度在1000 ~ 10000米的现象称为轻雾或霾。雾形成时，大气湿度应达到饱和(如果存在大量凝结核，相对湿度可能达不到100%，可能出现饱和。因为由液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，所以雾看起来是乳白色或蓝白色和灰色。

雾霾天气是一种空气污染状态。雾霾是大气中各种悬浮颗粒物含量超标的一般表现，尤其是PM2.5被认为是雾霾天气的“罪魁祸首”。随着空空气质量的恶化，霾天气现象增多，危害加剧。在中国的许多地区，雾霾天气现象与雾结合在一起，成为一种严重的天气预警和预报。统称为“霾天气”。

烟雾形成的三个因素

1.产生颗粒灰尘的物理基础来源。中国是世界上黄土高原面积最大的国家，其土壤质地容易产生颗粒尘粒。

2.运动不佳导致灰尘。比如雨后泥浆流到路上，或者把水溅到路中间花坛里的土上，街上的路牙上，等干了一个小时车轮空转的时候会产生大量的灰尘。即使这些颗粒物落回到地面，也会因为汽车不停的经过空而再次被抛进城市。

3.扬尘的基本来源和运动差异的过程聚集在一定的空范围内，颗粒最终与水分子结节聚集形成霾。目前，在中国黄土高原地区的350多个城市中，烟雾结构的三要素十分丰富。

一种判断霾天气的方法

雾和霾的相似点是视觉障碍。但是雾和霾形成的原因和条件却大相径庭。雾是大量微小水滴或冰晶漂浮在空中，其形成条件应具有较高的水汽饱和因子。一般来说，当相对湿度小于80%时，雾霾导致能见度下降；当相对湿度大于90%时，雾霾导致能见度下降；当相对湿度在80%至90%之间时，雾霾导致能见度下降。

霾的厚度比较大，可以达到1 ~ 3公里左右。在有雾的情况下，空气体的相对湿度总是100%或接近100%。随着空空气湿度的日变化，雾在早晚更常见或变浓，白天相对变淡甚至消失。发生雾时，有效水平能见度小于1公里。当有效水平能见度为1 ~ 10 km时，称为轻雾。雾是指由于大气中悬浮水汽凝结而导致能见度小于1公里的天气现象。

其实雾和霾是截然不同的。比如出现雾，空气体是湿的；雾霾发生时，空气体比较干燥，空气体的相对湿度通常在60%以下。原因是大量极细的尘粒、烟粒、盐粒等。均匀漂浮在空中，使有效能见度小于10KM的空空气浑浊。符号是“∞”。霾的日变化一般不明显。当气团变化不大，空气团稳定时，会持续很长时间，有时会持续10天以上。由于雾霾、轻雾、沙尘暴、扬沙、浮尘等天气现象，在空中漂浮着大量极细的尘粒或烟粒的影响下，有效水平能见度小于10KM。有时候气象专业人士很难分辨。需要综合分析判断天气背景、天气空状况、空湿度、色香味、卫星监测等因素，才能得出正确的结论，雾和霾的天气现象有时可以相互转换。雾霾吸入人体呼吸道后对人体有害。如果长期吸入，严重者会导致死亡。