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灰霾天气的形成与演化 ·17 · 灰霾天气的形成与演化 The Formation and Evolution of Haze Weather 1. 目前对灰霾天气的认识 由于经济规模迅速扩大和城市化进程加快，大气气溶胶污染日趋严重，由气溶 胶造成的能见度恶化事件越来越多，这些人类活动排放的污染物，包括直接排放的 气溶胶和气态污染物通过化学转化与光化学转化形成的细粒子二次气溶胶，可致使 能见度恶化形成灰霾。也有人将其称为烟尘雾、烟雾、干雾、烟霞、气溶胶云、大 气棕色云[1-3] 。非常简洁的描述灰霾天气，就是“气溶胶粒子在高湿度条件下引发 的低能见度事件”。形成灰霾天气的气溶胶组成非常复杂。近年来由于灰霾天气日 趋严重引发的环境效应问题和气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题，广泛地引起了 科学界、政府部门和社会公众的关注，成为热门话题。 广义来讲，灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染[4, 5] ，属于大气气溶胶的范畴， 科学界的气溶胶定义是“气体介质中加入固态或液态粒子而形成的分散体系称为气 溶胶”。但到目前为止，还没有一个统一的被大家接受的大气气溶胶分类和不同类 型气溶胶的统一命名系统。大气气溶胶的概念有物理特征和化学特征之分，气溶胶 分类可以基于来源分类，而且气溶胶主要以混合物的形式存在，极少以单质的形式 存在，除非是凝结核在不饱和大气中受寇拉曲线约束，不能越过过饱和驼峰而在次 微米尺度震荡的硫酸微滴和硝酸微滴。排除降水粒子（雨滴、冰雹、霰、米雪、冰 粒和雪晶）后，其中在近地面层气溶胶中的水滴和冰晶就是气象学的雾和轻雾，气 溶胶中的其他非水成物就是气象学所称的霾[6] 。 2. 灰霾定义与判别标准的争议 科学界普遍认为形成雾(轻雾)必须有核化过程发生，这需要过饱和环境，活化粒 子是环境过饱和比超过其临界过饱和比，或者粒子直径超过临界直径的粒子。凝结核 可能的过饱和核化湿度大致介于95%~100% ，但实际的气象观测中都将界定霾与雾(轻 雾)的相对湿度定的非常低，有低至 55%的台站，高者也仅仅 85% ，显然明显偏低， 如何得到一个合理的标准，还需要进行大量的在高湿度背景下的实际高精度观测和理 论研究工作，而后在现有认识水平下提出相应的识别建议。 Bret 和Doyle 在讨论美国和英国灰霾影响能见度的长期变化趋势研究中，明确 指出原始的能见度观测资料需要去除降水等视程障碍并进行相对湿度订正才能确保 ·18 ·　 10000 个科学难题·地学卷 图1 2003 年11 月2 日上午广州有灰霾时 图2 2003 年 11 月3 日上午广州无灰霾 的照片(远景是白云山) 时的照片(远景是白云山) [7, 8] 高质量，这样可将轻雾中误判的灰霾分离出来,也可将灰霾中误记的轻雾分离出去 。 结合世界气象组织等规范初步给出识别灰霾的概念模型(图3) 。 关于灰霾定义与判别标准的争议还在 继续，主要是对气溶胶粒子，尤其是次微 米粒子的吸湿增长、混合状态和核化特性 都知道得还非常少。可能的解决途经依赖 于气溶胶粒子的精确观测，其中两点是关 键，一是找到能精确识别大气粒子是否是 水滴的快速器测方法，这有赖于光学技术 的发展；二是精确测量核化点，即凝结核