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光明网|看不见的小颗粒为何与大气能见度有关？丨大气悟理

编者按：看寒来暑往云卷云舒 ， 思古往今来气候变迁 ， 中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理” ， 为大家介绍大气里发生的有趣故事 ， 介绍一些与天气、气候和环境相关的知识 。
PM2.5指环境空气中空气动力学等效直径小于等于 2.5 微米的颗粒物 ， 也称为细颗粒物 ， 肉眼不可见 。 人们现在经常提到的“雾霾”天准确来说应该是细颗粒物污染天（详见：what？都无法呼吸了 ， 竟然不是雾霾天！） 。 细颗粒物污染有两个影响：危害人体健康和降低大气能见度 。 也许你会有疑问 ， 细颗粒物不是肉眼不可见吗？那它是怎么影响到能见度的呢？
这主要是因为大气散射 。 大气散射是非常重要且普遍发生的现象 ， 如果没有大气散射 ， 那么太阳光直射以外的地方都是一片黑暗 。 太阳光通过大气时遇到云滴和气溶胶等小颗粒时 ， 部分光线会改变原本的直射方向 ， 朝其他方向散射 。 光和小颗粒的这种相互作用 ， 与入射光波长和遇到的“拦路”颗粒的相对大小有关 。
光明网|看不见的小颗粒为何与大气能见度有关？丨大气悟理（图片来自网络）
当入射光波长比遇到的颗粒尺度大得多时 ， 可认为是比较简单的瑞利散射；当波长与颗粒尺度相当或小于颗粒尺度时 ， 就是较复杂的米散射；当颗粒尺度比波长大得多时 ， 则采用几何光学处理 。 可见光波长约为0.38~0.78μm ， 与细颗粒物的尺度相当 。 因此 ， 大气较为干净细颗粒物较少时以瑞利散射为主 ， 我们会有一个晴朗的好天气 。 瑞利散射的强度与波长四次方成反比 ， 波长越短瑞利散射强度越强 ， 因此波长较短的蓝光被强烈散射 ， 使得天空呈现蔚蓝色 。 当大气中细颗粒物较多时 ， 由于米散射的散射光强与波长没有显著的关系 ， 使得天空呈现灰白色 。
光明网|看不见的小颗粒为何与大气能见度有关？丨大气悟理（图片来自网络）
大气能见度的好坏受到大气对太阳光散射和吸收的消光效应影响 。 细颗粒物和气态污染物对光的吸收和散射使能见度降低 ， 其中颗粒物消光带来的影响大约有60%~95% 。 有一个专业术语叫气溶胶光学厚度 ， 英文名称为AOD（Aerosol Optical Depth）或AOT（Aerosol Optical Thickness） ， 就是用于描述气溶胶对光的削减作用 。
光明网|看不见的小颗粒为何与大气能见度有关？丨大气悟理（图片来自网络）
近年来 ， 细颗粒污染备受关注 ， 相关的观测站点也越来越多 。 然而 ， 现有观测在时间和空间上的覆盖面都有所不足 。 PM2.5观测站点主要集中在城市区域 ， 且多数站点开展观测的时间不长 ， 而能见度作为基础观测项目具有较全面的空间观测和较长的历史数据 。 因此 ， 利用能见度与颗粒物质量浓度间的关系 ， 探寻基于能见度获取PM2.5质量浓度的方法是值得尝试的方向 ， 有利于在较大时空尺度上增进对颗粒物污染演化过程的理解 。
光明网|看不见的小颗粒为何与大气能见度有关？丨大气悟理（图片来自网络）
能见度的好坏直接影响到人们的生活 ， 低能见度对交通和一些观测活动有着极大的影响 。 能见度受到多种因素的影响 ， 如大气成分、风速和空气湿度等 。 其中空气湿度是影响能见度与颗粒物质量浓度关系的重要参数 ， 影响着大气颗粒物的粒径、质量、密度、折射指数等物理参数 。 大气气溶胶可以分为吸湿性（亲水性）气溶胶和非吸湿性（疏水性）气溶胶 。 当干粒子吸湿后 ， 粒径有明显的增长 ， 前向散射迅速增大 。 不少研究已经表明 ， 大气能见度受到空气湿度和颗粒物质量浓度的共同影响 。


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