2014年2月25日,果壳网联合《南方周末》绿版、财新网、科学松鼠会发起有关雾霾知识的在线调查《雾霾问你问我》,10天内获得了1990份答卷。
问卷是以选择题的方式出给了网友,问卷收集后。发起方对于网友问卷,进行了评卷。对于其中认为的错误的答案,进行了他们认为正确的解读。对于正确的答案,他们给了认为更加精确的解析。
不过,在这些自认为正确的解读和解析中,本人还是发现了许多需要“查漏补缺”或是“急需纠错”的漏洞。
雾和霾怎么区分?相对湿度是必要指标,缺一不可
在问卷和回答中,如“以下对于雾霾的组成和来源,你了解哪个是正确的说法吗(可多选)? ”的问题,发起方认为,“霾是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中, 使水平能见度小于 10 km 的空气普遍混浊现象。雾与霾的角色转变受到湿度的影响,当空气中水汽较多时, 某些吸水性强的干尘粒会吸水长大,产生能使能见度进一步降低的云雾滴,能见度低于1km时则被定义为雾。”
这个解释其实是以能见度,作为雾和霾的判定指标,这是不精确,甚至会有误导性的。根据雾滴的形成过程,我们发现湿度,尤其是相对湿度,是判别雾的必要指标,而不能仅仅看一个能见度。
所以判定雾和霾的重要指标,由两个指标构成,缺一不可,一个是能见度,另一个则是相对湿度。
雾是怎么形成的?降温导致相对湿度增高,空气中多余的水蒸气,遇冷形成了小水滴
所谓相对湿度,指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比。
相对湿度与温度成反比,温度越高,空气中能容纳的水蒸气越高,相对湿度就可能越低;而温度越低,空气中能容纳的水蒸气就越少,相对湿度就可能高。
相对湿度对于雾的形成,有着直接的关联。
对于雾的科学解释,百度百科里说的比较明白:“在水气充足、微风及大气层稳定的情况下,气温接近露点,相对湿度达到100%时,空气中的水气便会凝结成细微的水滴悬浮于空中,使地面水平的能见度下降,这种天气现象称为雾。”
雾滴粒子的形成过程如下——当空气容纳的水蒸气达到最大限度时,就达到了饱和。而空气的温度越高,空气中所能容纳的水蒸气也越多。如气温在20℃时,1立方米的空气中最多可以含水蒸气量是17.30克,而气温下降到4℃时,最多能容纳的水蒸气是6.36克。
如果空气中所含的水蒸气多于一定温度条件下的饱和水蒸气量,多余水蒸气就会凝结出来,变成水。水分子本身会相互粘结,就变成小水滴或冰晶;此外,足够多的水分子,也会与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起,凝结成水滴。
也就是说,降温带来的空气相对湿度提高,导致空气中有了多余的水蒸气,水分子相互凝结变成小水滴或者冰晶,又或者在细小灰尘的作用下,变成水滴。
无数颗细小的水滴组合在一起,就成了雾。
在城市里,降温过程中,水蒸气遇到降温的细颗粒物,遇冷共同凝结成更大的霾滴子
雾和霾,从物理特性上来说,都是空气中的固态或液态细颗粒物,都会导致能见度差的视障问题。
但是,雾和霾,从化学性质区分上来说,成分不同。 雾的主要成分是水,而霾的主要成分是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中, 当然其中也有可能有硝酸液滴等不稳定状态的液态细颗粒物。
霾的形成,主要来源于人类生活和经济运作的集中排放。
我们现在了解到,城里或者经济活跃地区,霾比较重。而在偏远乡村,尤其是风景名胜或生态植被较好且远离经济活跃区或工业的地方,霾几乎见不到。
我们也知道,在一定时期,城市或经济活跃地区的每日污染物排放量,是相对稳定的。 也就是说,如果没有刮风下雨,也不是突如其来的季节性气候变化。 那么一个城市,如广州,春夏秋冬里,每个季节的空气污染量,应该是差不了太多的。
那么为什么,在秋冬季节,又或是冬春交接之时,霾导致的能见度问题就比较突出,夏天就不那么突出呢?
这就于温差导致的相对湿度问题,息息相关。
以广州为例,在秋冬季或是冬春交接时节,温暖而湿润的广州,时不时的会受到北方冷空气的影响。
冷空气吹得快,那么就能把污染物吹跑。 冷空气如果较弱,污染物吹不跑,继续呆在城市上空。
但是较弱的冷空气,还是能让广州的气温降低,气温降低会使得空气中的细颗粒物降温,同时空气中的相对湿度也在提高。
于是,在相对湿度还没有到90%的时候,空气中的水蒸气“等不及自行析出”,便会早早的冷凝在细颗粒物周围,变成了较大的霾滴(或霾颗粒)。
这种以细颗粒物为凝结核的霾滴,分为两种形态。
一种是水溶性的霾滴,例如(NH4) 2SO4和nacl粒子,会溶于水,变成水溶性霾颗粒,粒径往往会增长到10微米左右。
另一种则是非水溶性的霾滴,有些非水溶性的气溶胶粒子也可以通过表面浸润成为凝结核, 但要求相对湿度至少达到101 % ,即要求1 %的过饱和度。另外还有一种情况,即当气溶胶粒子表面凹凸不平时,在凹面仅仅需要不高的相对湿度就可以凝结,但是一旦将凹面填平,粒子将不会继续长大。
可能是因为广州靠海,空气中的Nacl成分较高,所以极易产生较大的霾粒子,正是因为细颗粒物的吸湿长大,导致了广州常遇到这样的特异情况:“能见度极差,监测值不高!”
所以说,在城市里,区别雾和霾,不仅要看能见度距离,还要看相对湿度。如果相对湿度高达90%,能见度较低,那么说明 空气中雾的成分较多;如果相对湿度不高于90%,能见度也较低,那么说明是霾。
城里已经没有“雾”的生成条件,也再也没有干净的“雾”了!
当然,现在城市里的雾,其组份里,已经有越来越多的空气污染物,所以也叫做污染雾。
这与我们在空气质量较好的地方,看到的雾,对健康的影响,是大大不同的了。
著名灰霾专家吴兑老师告诉我们, 1980年以前,城里还是能迎来几场大雾的,但是进入21世纪以后,城里的PM2.5等细颗粒物越来越多,由于细颗粒物的冷凝效应存在,城市里完全没有了 雾的形成条件。所以,我们看到的一切雾蒙蒙的东西,都是霾。 即便在空气湿度到达90%,形成的雾,也是“污染雾”,而不再是1980年以前的干净雾了!
他还教给了我们一个简便易行的判断方式,“如果早上起来的,看到是雾蒙蒙一片,那就等几个小时,看看太阳出来不出来,如果太阳出来了,雾的组份都是水,那 么就会被蒸发,到了中午,能见度就会大大提高了。但如果是霾,太阳把颗粒物上的水分蒸发了,但颗粒物还存在,即便到了中午,能见度还是没提高,或是提高有 限,那你就能迅速判定,这就是霾了。”
参考材料:
吴兑. 关于霾与雾的区别和灰霾天气预警的讨论[J].气象,
2005, 31(4): 3- 7.
吴兑. 再论都市霾与雾的区别[J]. 气象, 2006, 32(4): 9- 15.
文章编号:1007 - 6190 (2004) 04 - 0001 - 04
霾与雾的区别和灰霾天气预警建议①
吴 兑 广东气象
大城市区域霾与雾的区别和灰霾天气预警信号发布
吴兑 环境科学与技术 2008年9月刊
霾的观测与预报等级 QX/T 113-2010 中华人民共和国气象行业标准
责任编辑:淡舟