無處不在的氣溶膠

無處不在的氣溶膠

作者：楊俊梅 申東東 蔡兆鑫 封秋娟

來源：《科學之友》2022年第12期

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中的氣態分散系統，能夠以

固態或液態顆粒存在。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

為和生態因素的共同影響，氣溶膠是空氣中一種較為復雜的污染物。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有較大影響。

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生后直接

進入大氣中，二次氣溶膠是指發生以后又經過污染物的轉化而形成。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生的微塵、森林燃燒后的煙塵、火山噴發生成的

火山灰等散落物或者海水蒸發生成的鹽粒子等。人為源則指的是由交通運輸或工業生產排放到

大氣的煙塵、化石或非化石燃料的燃燒等。

山西氣溶膠光學厚度分布圖

按照氣溶膠粒子的物理性質，煙和塵為固態氣溶膠，霧為液態氣溶膠，煙霧為固液混合態

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。可吸入粒子是粒徑小于10微米，能進入呼吸系統的微粒。根據化學成分的不同，

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。

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能量平衡，進而對全球氣

候系統產生影響，即直接氣候效應。氣溶膠粒子還可以作為云凝結核或者大氣冰核對云微物理

結構產生影響，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生影

響，即間接氣候效應。

在氣溶膠和降水相互作用的研究中，科學家們發現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，來源主要包括工業生產、生物質

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，可以改變大氣環流和

降水。

作為云和降水過程中的重要環節，氣溶膠由于其來源復雜，不同區域氣溶膠特性差異很

大，使得各地云滴數濃度、譜分布、冰雪晶數濃度等微物理性質和降水不同，進而導致了氣溶

膠和云相互作用很難被量化。因此，氣溶膠間接效應的研究具有很大的不確定性。

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。

氣溶膠觀測設備

氣溶膠粒子的來源主要包括汽車尾氣、工業生產和加工中排出的煙霧以及由它轉化成的二

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。