浅析雾霾的本质与科学防治

刘曦檬

摘 要：作为一名中学生，作者通过实际生活中对雾霾的观察和感受，联系学到的知识，通过查阅资料，对雾霾的特点、形成和特殊的天气变化现象进行了初步的探究。作者认为：雾霾是微颗粒物一种特殊的“胶体”存在状态，拥有“胶体”一些性质，具有“微颗粒无限制态”、连续性、广泛性和难于消散的特点；雾霾的成因复杂，会受到地理、气象和污染排放量等各种因素的影响；就像胶体受到非稳定剂的作用会发生聚沉一样，我们也可以找到一种方法使雾霾中的微颗粒发生聚沉，从而达到治理雾霾的目的。

关键词：雾霾；胶体；颗粒物；高分子溶液；聚沉

秋冬季的到来，随着天气的转冷，我的心情也越发变得沉重，因为良好的天气也变得越来越霾了。我所居住的区域又处在了雾霾的“风口”上，原本整个8月份全部空气质量优良的天气，还没尽情享受够，进入深秋，忽然间风云突变，峰回路转，由于区域地理环境和气象条件的特点，9月上旬的湛蓝天空到下旬说霾就变霾了，躲都躲不掉，直让人难以适应。维持人类生存最基本的物质是空气、阳光、食物和水，其中空气质量的好坏影响着每个人的生活，雾霾成为了近年人们关注的热点，也引起了我的极大兴趣和关注，在紧张的高中学习生活的同时，也经常性地挤出时间，查阅相关资料、报刊杂志，通过新闻广播和生活观察，更深地了解雾霾现象的本质。

一、雾霾是什么

雾霾是雾和霾的混合物，雾天和霾天的合称，二者常相伴而行，也时常单发而生，具有危害空气质量的共同特点，因此常将这种灾害性天气统称为雾霾天气。雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，是近地面层空气中水汽凝结的雾滴。雾滴的浓度分布不均匀，而且雾滴的尺度比较大，从几微米到100微米，平均直径大约在10微米～20微米左右，肉眼可以看到空中飘浮的雾滴。单纯的雾是自然天气现象，总体无毒。雾就其物理本质而言，与云都是空气中水汽凝结（或凝华）的产物，所以雾升高离开地面就成为云，而云降低到近地面时就称其为雾。雾与晴空区之间有明显的边界，易受风和光热的影响而消散。霾是大量颗粒物组成的气溶胶系统，大量极细微的尘粒、烟粒、盐粒等均匀地浮游在空中，形成使空气混蚀的现象，其形成既有地理和气象原因，也有污染排放原因。受近地面静稳天气控制，空气在水平和垂直方向流动性均非常小，大气扩散条件非常差，城镇中产生的污染物排放及各种尘粒均在低空不断积累，由于低空近地面的空气污染物久积不散，从而形成霾天，导致空气质量严重污染。霾天不仅难于消散，导致空气水平能见度降低，更主要的是形成霾的这些微米级的颗粒物富含（吸附）大量的有毒、有害物质，尤其是空气中的细颗粒物（PM2.5）会通过呼吸进入并粘附在人体呼吸道和肺部，对人们的身心健康造成严重的危害。

二、雾霾形成的特点

一次回乡下老家，发现安静的乡村大地，尽管工农业欠发达，工矿企业少而小，交通流量也不大，却同样是雾霾昭昭。通过新闻得知，这种雾霾天气不仅仅出现在大中城市区域，也出现在广大的农村乡间开阔地区，不仅仅出现在华北大部，也会出现在华南甚至大西北的乌鲁木齐。由此说明，单纯的雾天与雾霾天的形成是有所不同的，单纯雾天的形成因气温和湿度的不同具有明显的局限性和区域性，比如同一时刻，相邻区域雾的程度有轻有重，还有团雾的出现也是很好的例证，通常即使没有强风，阳光的照射也会使雾消散；而雾霾天的形成具有连续性和广泛性的特点，从时间上讲一般持续时间长，短则几日，长则月余，从空间上讲一般霾的范围广，小则涉及地市级区域，大则超越整个平原地带，出现霾时空气相对干燥，无风的静稳天气下很难消散。

三、雾霾与胶体

对雾霾的亲身感受，使我想到了化学课中学到的分散系中的胶体。

胶体是一种高度分散的多相不均匀体系，属于分散系的一类，是物质存在的一种特殊状态。胶体中的分散质粒径介于1纳米～100纳米之间，胶体形成时，除了分散质和分散剂以外，往往还要有第三种物质即稳定剂的存在，保护胶体微粒不致聚沉。按分散剂状态的不同可分为固溶胶、液溶胶和气溶胶三种，其重要特征是不聚沉，吸附性强，具有丁达尔效应。胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，在一定条件下能稳定存在，属于介稳体系。如同高分子真溶液具有类似于液溶胶的性质一样，雾霾的分散质粒径多在微米级，远超胶体分散质常规粒径1纳米～100纳米的范围，却也同样具有类似于气溶胶的一些性质，比如，难于聚沉，吸附性强，具有丁达尔效应。

在现实生活和科学实验中，胶体的形成总是限定在有限的容积之内，容器成为了胶体的明显界限，而且胶体的形成往往有着较严格的制备条件，比如，以水为分散剂Fe（OH）3液溶胶体的制备，对浓度、剂量、加热温度和制备方法有着严格的要求。雾霾的形成，尽管也需要颗粒物和适宜的温度、湿度、气压、风速等大气气象条件，但其最大特点是无限界性，正是雾霾形成空间的无限巨大，导致了雾霾治理的难度增加。因此，通过气溶胶和雾霾的对比，我发现二者除了在粒径方面的区别外，最大的不同处在于有效容积的巨大差异，由此形成了聚沉干预机制的不同。考虑到我国环境空气质量污染特征变化规律以及经济发展水平和管理需求，目前减排措施的实施对雾霾的治理是非常必要的，当减排措施实施到一定程度时，效果就会减弱，因为生产活动不可能完全停滞，总会有一定量的排放要产生，以维持正常的生产和生活，因此，就需要从根本上进行更科学的人工干预，达到有控制地对雾霾进行聚沉消散。根据雾霾的性质和特点，其属于微米级颗粒物在無限制性空间的“胶体”存在状态，暂且称之为“微颗粒无限制态”，类似于对高分子真溶液的研究，胶体化学和高分子物理化学的理论和研究方法的不断完善、发展和延伸，将为未来对雾霾研究的深入和“微颗粒无限制态物理化学”的探究提供帮助，并从机制理论上弄清雾霾的形成机理，最终找到解决雾霾的根本之道。

四、“8月现象”和“9月突变”

奇怪的8、9月天气现象，原本晴朗的天空，为什么说霾就变霾了呢？

据报道，2016年8月份，蓝天白云下石家庄洒满金色的阳光，飒飒秋风不时送来清新扑面的空气。环保部表示，8月全国338个地级及以上城市平均PM2.5浓度同比下降近15%；京津冀区域13个城市平均优良天数比例同比提升了超过21个百分点，达到83.6%；PM2.5浓度为37微克/立方米，更是同比下降30%以上。环保部同时公布，8月重点区域和74个城市空气质量状况中，离北京较近的石家庄破天荒地退出“十差”，石家庄市出现了新空气质量标准实施以来首个自然月空气质量全部优良；但是，位于青藏高原的青海省西宁市首次进入“十差”。而来自河北省气象局的数据显示，8月份全省平均静稳天气指数为10.2，同比偏高2.3%，其中河北中南部静稳天气指数同比偏高0.14%，东部偏高3%，北部偏高6.4%。在全省大气污染物气象扩散条件与去年同期相比不利的情况下，8月份河北空气质量反而较好，平均达标天数比例为87.1%。六项主要大气污染物中，除一氧化碳平均浓度同比持平外，其余五项同比下降，其中PM2.5、PM10平均浓度分别为36微克/立方米、64微克/立方米，下降率均为33.3%。对于8月份石家庄全优良天气的出现，专家分析表示，这一方面得益于8月份冷空气活动频繁，有利于污染物的扩散，另一方面也与采取的大气污染防控措施有直接关系。对于大气污染物气象扩散条件与去年同期相比不利的情况下，非但没有形成一天雾霾，反而优良天连连，是什么阻止了雾霾的形成？8月份的空气质量反而较好的“8月现象”值得从雾霾形成机理方面做进一步的探究。

当地的这种优良的天气一直维持到9月中上旬后，忽然间蔚蓝的天空转天就霾气昭昭，这种天气突然转向的“9月突变”，可能更多地起因于气象条件的改变，表面上看来在风速变化不大的气象条件下，湿冷天气减少了。在霾的形成过程中，除了地面气压场弱，天气形势静稳，颗粒污染物的集聚等表面因素外，也許还有另外一种不被探知的因素在起作用，有了适宜的气象条件，就形成了“胶体”状的霾了。

通过对历年当地8月份和9月份气温、风向、风速等天气气象统计资料的分析，“8月现象”和“9月突变”现象说明，雾霾的形成受多种因素的共同影响，成因复杂。

总之，通过观察和资料分析，我进一步地认识到，雾霾是微颗粒物一种特殊的“胶体”存在状态，拥有“胶体”一些性质，具有“微颗粒无限制态”、连续性、广泛性和难于消散的特点；雾霾的成因复杂，会受到地理、气象和污染排放量等各种因素的影响；就像胶体受到非稳定剂的作用会发生聚沉一样，我们也可以找到一种方法使雾霾中的微颗粒发生聚沉，从而达到治理雾霾的目的。

为了我们共同美好的家园和洁净的空气环境，人们一直在努力地应对雾霾，从研究监测、减排管控到有针对性的科学综合治理，已经收到了较好效果。作为一名中学生，要努力学习科学知识，增强为社会做贡献的本领。就像方法学家吴甘霖先生《方法总比问题多》中说的一样：“只为成功找方法，不为失败找借口！”，雾霾的问题一定会得到根本上的解决，蓝天白云定会伴随我们的每一天。