无处不在的气溶胶

文｜杨俊梅 申东东 蔡兆鑫 封秋娟

万里无云时天空是蓝色的，而太阳落山时的天空又成为红色,这些现象都离不开我们要介绍的“神秘颗粒”。它可能来源于你打喷嚏时的飞沫，可能由沙漠中卷起的灰尘或汽车排出的尾气产生，也可能来自火山喷发时产生的火山灰。这种“神秘颗粒”究竟是什么？在自然界中有什么作用？又能给云和降水带来怎样的影响？今天让我们走进它的世界，一起揭开它的神秘面纱。

气溶胶的内涵及分类

气溶胶在大气中无处不在，是一种悬浮在空气或其他气体介质中的气态分散系统，能够以固态或液态颗粒存在。由于来源和形成原因等差异，气溶胶粒子尺度分布范围较广，大小通常位于0.01～100微米。气溶胶在自然界中的存在形式主要包括烟、雾、微尘颗粒、霾等。受人为和生态因素的共同影响，气溶胶是空气中一种较为复杂的污染物。气溶胶颗粒能够直接被人体感官察觉到，它的存在对人类视觉和呼吸系统有较大影响。

山西气溶胶光学厚度分布图

按照来源分类，气溶胶可分为一次气溶胶和二次气溶胶，其中一次气溶胶是指产生后直接进入大气中，二次气溶胶是指发生以后又经过污染物的转化而形成。此外，气溶胶按来源还可分为天然源和人为源。天然源包括风吹过后产生的微尘、森林燃烧后的烟尘、火山喷发生成的火山灰等散落物或者海水蒸发生成的盐粒子等。人为源则指的是由交通运输或工业生产排放到大气的烟尘、化石或非化石燃料的燃烧等。

按照气溶胶粒子的物理性质，烟和尘为固态气溶胶，雾为液态气溶胶，烟雾为固液混合态气溶胶。按照粒子尺度的不同，气溶胶可分为总悬浮颗粒物、飘尘、降尘和可吸入粒子四类，总悬浮颗粒物是指粒径小于100微米，分散在大气中的气溶胶粒子。飘尘是指粒径在10微米以下，能长时间在大气中漂浮的气溶胶粒子。降尘是指粒径大于10微米，在重力作用下能沉降的颗粒。可吸入粒子是粒径小于10微米，能进入呼吸系统的微粒。根据化学成分的不同，气溶胶又可分为硫酸盐、硝酸盐、有机物和微量元素等几种类型。

气溶胶在大气中的作用

通过吸收和散射太阳辐射，气溶胶粒子能够影响地球和大气系统能量平衡，进而对全球气候系统产生影响，即直接气候效应。气溶胶粒子还可以作为云凝结核或者大气冰核对云微物理结构产生影响，进而改变云的特性如形状、云量、寿命等来间接对云的辐射特性和降水产生影响，即间接气候效应。

在气溶胶和降水相互作用的研究中，科学家们发现了硫酸盐型气溶胶和黑碳型气溶胶能够明显改变降水强度和分布。这两种气溶胶均为吸湿性气溶胶，来源主要包括工业生产、生物质燃烧和化石燃烧。吸湿性气溶胶的增加对大气温度和太阳辐射均有影响，可以改变大气环流和降水。

作为云和降水过程中的重要环节，气溶胶由于其来源复杂，不同区域气溶胶特性差异很大，使得各地云滴数浓度、谱分布、冰雪晶数浓度等微物理性质和降水不同，进而导致了气溶胶和云相互作用很难被量化。因此，气溶胶间接效应的研究具有很大的不确定性。

气溶胶与人类的关系

气溶胶粒子增加造成能见度降低是其对天气的直接影响，也是灰霾天气形成的原因之一。烟雾、硫酸雾及光化学烟雾等气溶胶颗粒物还会造成大气环境污染，这些颗粒物主要来源于工业生产、汽车尾气排放等。油漆、杀虫剂、喷发定型剂等密封装置的加压，也是污染气溶胶的重要来源，这些物质在释压过程中会产生含有氟化物的碳氢化合物，此类气溶胶在大气层中能发生一系列反应，从而破坏臭氧层，以至于对人类生产、生活产生影响。

气溶胶观测设备

对于人类自身来说，人体的呼吸作用会将粒径小于10微米的气溶胶粒子吸入体内。而当粒子尺度小于2.5微米时，还能径直入侵肺部，甚至有可能进入血液，危害人体健康。此外，病原微生物等病菌能够附着于这些微小的气溶胶上，它能降低人体免疫力和抵抗力，对儿童生长发育特别是肺功能造成危害。一些生物气溶胶如细菌、病毒、衣原体、立克次体等，几乎都和某类人体疾病有关。

气溶胶污染防治

气溶胶粒子的来源主要包括汽车尾气、工业生产和加工中排出的烟雾以及由它转化成的二次污染物。如果能改进燃烧方式，使用少污染甚至是无污染的清洁能源，提高除尘器工作效率，植树造林，将对有效控制气溶胶污染具有重要作用。

此外，气溶胶研究也逐渐成为了科学家和相关领域学者等群体较为重视的热点话题。为了更好保障我国经济社会的可持续发展，提升人民生活质量，改善生态环境和人体健康，气溶胶问题仍需要相关部门引起重视，在气候变化、人类健康和环境等领域加强相关研究。