霧霾的物理解釋

摘 要：霧霾的形成，可以說(shuō)是世界發(fā)展的必然，是人類(lèi)活動(dòng)、科學(xué)發(fā)展以及自然活動(dòng)的結(jié)果。有專(zhuān)家指出，霧霾的三源頭為燃燒、汽車(chē)的尾氣、揚(yáng)塵。但是PM2.5的第二次爆發(fā)原因非常復(fù)雜，其中還包括了一些化學(xué)反應(yīng)。文章嘗試著從物理的角度出發(fā)，分析了霧霾的形成原因。

關(guān)鍵詞：霧霾；物理解釋?zhuān)辉颍恍纬?/p>

霧霾，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是霧及霾的組合。多見(jiàn)于城市。中國(guó)現(xiàn)在很多地區(qū)都將霧并入到霾一起當(dāng)成是災(zāi)害性的天氣，并以此來(lái)進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，并稱(chēng)之為霧霾天氣。這種特定的氣候條件和人類(lèi)活動(dòng)是相互作用的，特別是在高密度人口中，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、社會(huì)活動(dòng)等都會(huì)排放大量的細(xì)顆物，即PM2.5，如果排放超過(guò)大氣循環(huán)力、承載力之后，這此顆粒濃度會(huì)不斷持續(xù)、積累，這時(shí)如果再受到靜、穩(wěn)天氣等影響就會(huì)出現(xiàn)大范圍的霧霾。

1 霧和霾的區(qū)別

霧、霾有相同的地方，即是都會(huì)呈現(xiàn)出視程障礙物。但是兩者的形成原因、條件卻十分不同。

霾，也被稱(chēng)之為灰霾、煙霞，空氣中的硫酸、硝酸、灰塵等有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ涌勺尨髿庾兊没煦纾曇澳：霸斐赡芤?jiàn)度惡化，當(dāng)有見(jiàn)度小于一萬(wàn)米時(shí)，把這種非水成物組成氣溶膠系統(tǒng)造成視程障礙稱(chēng)為霾。霾的尺度比較厚，可達(dá)1-3公里左右，其與霧、云均不一樣，和晴空區(qū)間未有明顯邊界，霾粒子分布均勻且灰霾粒子尺度比較小，由0.001-0.1微米，d在1-2微米左右，用肉眼是無(wú)法看到這些漂浮的顆粒物。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)榛覊m、硝酸、硫酸等粒子組成的霾其散射波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的光多，所以霾看起來(lái)是呈現(xiàn)橙灰色或是黃色。

霧是浮游在空中大量微小水滴或是冰晶，形成條件是要有比較高的水汽飽和因素。在出現(xiàn)霧時(shí)，空氣相對(duì)濕度常常要接近或是達(dá)到百分之百。并且會(huì)隨著空氣濕度的日變化而出現(xiàn)早晚比較常見(jiàn)或加濃，在白天相對(duì)減少甚至是消失的現(xiàn)象。在出現(xiàn)霧時(shí)有效水平的能見(jiàn)度小于1km。當(dāng)有效水平的能見(jiàn)度1-10km時(shí)稱(chēng)為霧。由物理角度分析，霧和云均是空氣中的水汽所凝結(jié)或凝華的產(chǎn)物，因此，霧升高并離開(kāi)地面就形成了云，而云降低到地面，或是移動(dòng)到高山時(shí)就稱(chēng)之為霧。霧的厚度小，常見(jiàn)的輻射霧厚度約是1-200米左右。霧、云一樣，和晴空區(qū)未有明顯邊界，霧滴深度分布不均且霧滴尺度比較大，肉眼可看到空中所漂浮的霧滴。一般來(lái)說(shuō)液態(tài)水或是冰晶所組成的霧散射的光和波長(zhǎng)關(guān)系不大，所以霧看起來(lái)多呈現(xiàn)的是青白色或是乳白色。

2 霧霾形成的物理解釋

2.1 形成主要原因之一——無(wú)線(xiàn)傳播

有一個(gè)事實(shí)我們是可以看到的，即霧霾的形成一般在夜晚或是清晨，但是不可否認(rèn)，夜間、清晨太陽(yáng)光線(xiàn)弱，當(dāng)太陽(yáng)到中午后，仍不能下壓霧霾顆粒時(shí)其持續(xù)的時(shí)候會(huì)比較長(zhǎng)，光是電磁波是眾所周知的，電磁波有可能影響霧霾的形成。無(wú)線(xiàn)傳播才是霧霾顆粒懸浮支持者之一。

無(wú)線(xiàn)傳播是電磁波粒子在空間各方向所運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。通常，霧霾發(fā)生在人口密度比較大的城市，而原因之一就可能是無(wú)線(xiàn)傳播。在人口密度大的地方，電磁波發(fā)生器多且功率大，且?guī)缀跞耸忠慌_(tái)的手機(jī)可看作是小型的電磁波發(fā)射器。這樣就形成了密集、強(qiáng)力的電磁波網(wǎng)，且電磁波運(yùn)動(dòng)是推進(jìn)粒子運(yùn)動(dòng)、托起粒子的原因。電磁波網(wǎng)在冷空氣活動(dòng)弱、風(fēng)速不大、形成穩(wěn)定大氣情況下托起了霧霾顆粒而形成霧霾。

2.2 形成主要原因之二——濕度的變化

任何物體都輻射，輻射讓物體的質(zhì)量在減少。物體因?yàn)檩椛錅p少質(zhì)量和物體密度、溫度、表面積、時(shí)間乘積成正比。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，輻射的強(qiáng)弱和輻射源的密度、表面積、溫度等有關(guān)。密度、溫度、表面積越大，其輻射就越強(qiáng)。地球密度則會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球周?chē)h(huán)境密度，而地球溫度、表面積以及地球周?chē)h(huán)境差不多時(shí)，其平均溫度大過(guò)地球表面周?chē)沫h(huán)境溫度。因此地球本身輻射大于其所接受的輻射。換而言之，地球本身輻射是影響地球氣溫的一個(gè)主要原因。

大太陽(yáng)的輻射讓大太陽(yáng)質(zhì)量、r在減小，密度在增長(zhǎng)。恒星最后會(huì)變成中子星，且這個(gè)質(zhì)量、體積等沒(méi)有原來(lái)恒星大，但密度卻有所增加。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)太陽(yáng)對(duì)于地球氣溫的影響會(huì)伴隨著時(shí)間的推移在慢慢減弱，影響最為明顯的就是高空氣溫。因此，地球的平均氣溫在降低，而且低空氣溫在升高。

垂直方向熱空氣總是向上活動(dòng)的，這點(diǎn)從熱氣球就可以看了。形成地球平均氣溫在降低、低空氣濕在升高。在季節(jié)交替時(shí)，溫度適宜時(shí)熱空氣向上流動(dòng)，而在流動(dòng)過(guò)程當(dāng)中向上托住霧霾顆粒則停留在上空或帶動(dòng)霧霾顆粒向上運(yùn)動(dòng)而形成霧霾。

2.3 形成主要原因之三——人類(lèi)活動(dòng)、科技的共同作用結(jié)果

霧霾的三源頭為燃燒、汽車(chē)的尾氣、揚(yáng)塵。但是PM2.5的第二次爆發(fā)原因非常復(fù)雜，其中還包括了一些化學(xué)反應(yīng)。分析如下：

第一，霧霾的顆粒積累。霧霾的三源頭為燃燒、汽車(chē)的尾氣、揚(yáng)塵。從物理角度分析，我認(rèn)為這三源頭乃為霧霾形成的積累階段。同時(shí)，霧霾顆粒積累一般發(fā)生在冬季。這主要是因?yàn)樵诙境巳紵⑵?chē)的尾氣、揚(yáng)塵，還增加了取暖燃燒。可以說(shuō)幾大源頭都在產(chǎn)生顆粒，但是，霧霾卻非隨時(shí)形成，原因是什么？通過(guò)研究分析可看出，霧霾顆粒密度比空氣密度大，多數(shù)霧霾顆粒形成后立刻下落，被大地進(jìn)行積累，因此在一般的情況下，并不會(huì)形成霧霾。

第二，霧霾天氣的動(dòng)力解析。因?yàn)榈厍蛞约疤?yáng)的輻射強(qiáng)度、輻射量的變化造成地球上氣溫的變化，即平均氣溫下降，低空氣溫上升，形成了低空氣溫度升高，高空的氣溫下降。地球?qū)τ跉鉁氐挠绊懹幸欢〞r(shí)間，如一到兩年內(nèi)基本是固定的，但總形勢(shì)為低空氣溫上升，高空氣溫下降。特別是在冬天、春天兩個(gè)季節(jié)交替時(shí)，太陽(yáng)影響空氣溫度變化明顯，氣溫回升，低空氣溫升高也明顯，熱空氣的運(yùn)動(dòng)方面是朝上的，這就為冬季所積累的霧霾顆粒提供了向上的動(dòng)力。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳播也起到了輔助的作用，因?yàn)樗形矬w都具有電磁波，只是強(qiáng)弱不一。燃燒、化學(xué)反應(yīng)等等都可能加速電磁波輻射，有利于形成霧霾。強(qiáng)度以及密度增加，無(wú)線(xiàn)傳播也為霧霾顆粒向上運(yùn)動(dòng)提供了大于原來(lái)的動(dòng)力，讓霧霾顆粒懸浮在空中并且開(kāi)成了霧霾。

第三，未有風(fēng)向、雪、雨出現(xiàn)。沒(méi)有持續(xù)風(fēng)向可確保熱空氣持續(xù)穩(wěn)定向上流動(dòng)，這樣霧霾顆粒在向上流動(dòng)熱空氣以及無(wú)線(xiàn)傳播共同作用力下才能向上運(yùn)動(dòng)并且懸浮在空氣中形成了霧霾。特別是在春天，因?yàn)槎焖e累的顆粒大量積聚在大地表面，而在所有條件共同作用下，就會(huì)形成比較重要的霧霾天氣。

2.4 冬、夏為何不易出現(xiàn)霧霾天氣

在冬天，平均氣溫低，空氣向上流動(dòng)比較弱，無(wú)線(xiàn)傳播、空氣向上流動(dòng)力不足，無(wú)法托起霧霾顆粒。雖顆粒在剛剛形成時(shí)比較熱，有向上運(yùn)動(dòng)之力。冬季則因?yàn)闅鉁氐停F霾顆粒快速變成低溫顆粒，無(wú)法向上運(yùn)動(dòng)則被大地收藏。因此可看出，冬天，霧霾下沉，夏天霧霾上升，因此都不容易形成霧霾。

3 結(jié)束語(yǔ)

霧霾，是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展所帶來(lái)的產(chǎn)物。由于人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)形成了霧霾的顆粒，再者因?yàn)榈厍驓鉁氐淖兓岇F霾有了上升的運(yùn)動(dòng)力，最后當(dāng)霧霾到達(dá)空中后，因?yàn)闊o(wú)法及時(shí)擴(kuò)散至高空分解，停留在空氣低端或是地球的表面從而產(chǎn)生了霧霾。在條件適宜時(shí)并在氣流、電磁一起作用下，把霧霾顆粒托起到一定的高度，最終形成霧霾天氣。

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