文｜楊俊梅 申東東 蔡兆鑫 封秋娟

萬里無云時天空是藍色的，而太陽落山時的天空又成為紅色,這些現(xiàn)象都離不開我們要介紹的“神秘顆?！?。它可能來源于你打噴嚏時的飛沫，可能由沙漠中卷起的灰塵或汽車排出的尾氣產(chǎn)生，也可能來自火山噴發(fā)時產(chǎn)生的火山灰。這種“神秘顆?！本烤故鞘裁?？在自然界中有什么作用？又能給云和降水帶來怎樣的影響？今天讓我們走進它的世界，一起揭開它的神秘面紗。

氣溶膠的內(nèi)涵及分類

氣溶膠在大氣中無處不在，是一種懸浮在空氣或其他氣體介質(zhì)中的氣態(tài)分散系統(tǒng)，能夠以固態(tài)或液態(tài)顆粒存在。由于來源和形成原因等差異，氣溶膠粒子尺度分布范圍較廣，大小通常位于0.01～100微米。氣溶膠在自然界中的存在形式主要包括煙、霧、微塵顆粒、霾等。受人為和生態(tài)因素的共同影響，氣溶膠是空氣中一種較為復(fù)雜的污染物。氣溶膠顆粒能夠直接被人體感官察覺到，它的存在對人類視覺和呼吸系統(tǒng)有較大影響。

山西氣溶膠光學(xué)厚度分布圖

按照來源分類，氣溶膠可分為一次氣溶膠和二次氣溶膠，其中一次氣溶膠是指產(chǎn)生后直接進入大氣中，二次氣溶膠是指發(fā)生以后又經(jīng)過污染物的轉(zhuǎn)化而形成。此外，氣溶膠按來源還可分為天然源和人為源。天然源包括風吹過后產(chǎn)生的微塵、森林燃燒后的煙塵、火山噴發(fā)生成的火山灰等散落物或者海水蒸發(fā)生成的鹽粒子等。人為源則指的是由交通運輸或工業(yè)生產(chǎn)排放到大氣的煙塵、化石或非化石燃料的燃燒等。

按照氣溶膠粒子的物理性質(zhì)，煙和塵為固態(tài)氣溶膠，霧為液態(tài)氣溶膠，煙霧為固液混合態(tài)氣溶膠。按照粒子尺度的不同，氣溶膠可分為總懸浮顆粒物、飄塵、降塵和可吸入粒子四類，總懸浮顆粒物是指粒徑小于100微米，分散在大氣中的氣溶膠粒子。飄塵是指粒徑在10微米以下，能長時間在大氣中漂浮的氣溶膠粒子。降塵是指粒徑大于10微米，在重力作用下能沉降的顆粒?？晌肓Ｗ邮橇叫∮?0微米，能進入呼吸系統(tǒng)的微粒。根據(jù)化學(xué)成分的不同，氣溶膠又可分為硫酸鹽、硝酸鹽、有機物和微量元素等幾種類型。

氣溶膠在大氣中的作用

通過吸收和散射太陽輻射，氣溶膠粒子能夠影響地球和大氣系統(tǒng)能量平衡，進而對全球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響，即直接氣候效應(yīng)。氣溶膠粒子還可以作為云凝結(jié)核或者大氣冰核對云微物理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進而改變云的特性如形狀、云量、壽命等來間接對云的輻射特性和降水產(chǎn)生影響，即間接氣候效應(yīng)。

在氣溶膠和降水相互作用的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了硫酸鹽型氣溶膠和黑碳型氣溶膠能夠明顯改變降水強度和分布。這兩種氣溶膠均為吸濕性氣溶膠，來源主要包括工業(yè)生產(chǎn)、生物質(zhì)燃燒和化石燃燒。吸濕性氣溶膠的增加對大氣溫度和太陽輻射均有影響，可以改變大氣環(huán)流和降水。

作為云和降水過程中的重要環(huán)節(jié)，氣溶膠由于其來源復(fù)雜，不同區(qū)域氣溶膠特性差異很大，使得各地云滴數(shù)濃度、譜分布、冰雪晶數(shù)濃度等微物理性質(zhì)和降水不同，進而導(dǎo)致了氣溶膠和云相互作用很難被量化。因此，氣溶膠間接效應(yīng)的研究具有很大的不確定性。

氣溶膠與人類的關(guān)系

氣溶膠粒子增加造成能見度降低是其對天氣的直接影響，也是灰霾天氣形成的原因之一。煙霧、硫酸霧及光化學(xué)煙霧等氣溶膠顆粒物還會造成大氣環(huán)境污染，這些顆粒物主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等。油漆、殺蟲劑、噴發(fā)定型劑等密封裝置的加壓，也是污染氣溶膠的重要來源，這些物質(zhì)在釋壓過程中會產(chǎn)生含有氟化物的碳氫化合物，此類氣溶膠在大氣層中能發(fā)生一系列反應(yīng)，從而破壞臭氧層，以至于對人類生產(chǎn)、生活產(chǎn)生影響。

氣溶膠觀測設(shè)備

對于人類自身來說，人體的呼吸作用會將粒徑小于10微米的氣溶膠粒子吸入體內(nèi)。而當粒子尺度小于2.5微米時，還能徑直入侵肺部，甚至有可能進入血液，危害人體健康。此外，病原微生物等病菌能夠附著于這些微小的氣溶膠上，它能降低人體免疫力和抵抗力，對兒童生長發(fā)育特別是肺功能造成危害。一些生物氣溶膠如細菌、病毒、衣原體、立克次體等，幾乎都和某類人體疾病有關(guān)。

氣溶膠污染防治

氣溶膠粒子的來源主要包括汽車尾氣、工業(yè)生產(chǎn)和加工中排出的煙霧以及由它轉(zhuǎn)化成的二次污染物。如果能改進燃燒方式，使用少污染甚至是無污染的清潔能源，提高除塵器工作效率，植樹造林，將對有效控制氣溶膠污染具有重要作用。

此外，氣溶膠研究也逐漸成為了科學(xué)家和相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者等群體較為重視的熱點話題。為了更好保障我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，提升人民生活質(zhì)量，改善生態(tài)環(huán)境和人體健康，氣溶膠問題仍需要相關(guān)部門引起重視，在氣候變化、人類健康和環(huán)境等領(lǐng)域加強相關(guān)研究。