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雾和霾都是天气,但雾霾就不是了

Discussion in '知乎日报' started by 漂亮的石头, 2015-10-25.

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 Staff Member

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    雾霾算不算天气?

    [​IMG] 漠北,大气科学/闭关修炼中

    不算。

    一、相关定义

    1、

    《地面气象观测规范》里,天气现象一栏中对于视程障碍天气的解释如下:

    雾、轻雾、吹雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴、扬沙、浮尘​

    并没有“雾霾”这一天气现象。

    你看见的灰蒙蒙的一片,要么是雾,要么是霾,要么就是上面其余的那些,没有雾霾这一说

    “雾霾”和“雨雪”一样,代表着两种不同的天气现象

    2、

    :是大量水滴悬浮于空中使得水平能见度小于 1.0km天气现象。

    霾:大量及细微的干尘粒子悬浮于空中,使得水平能见度小于 10km 的天气现象。

    3、

    下面是中央气象台公布的每日天气提示(15101918)的一部分:

    [​IMG]

    可以看出来,虽然标题中使用了雾霾这个词,但是在下面,雾、霾是分开描述的

    4、

    与此同时,在 NMC 公布的环境气象预报中:

    [​IMG]

    雾与霾的覆盖区域不尽相同,虽然有所重合,但是在重合地区并不代表雾与霾会同时出现,而是交替出现。

    二、形成理论

    从云雾核化理论中,雾与霾的微物理过程不相同,使用“雾霾”一词来描述单一的天气现象是错误的

    2.1、雾的形成

    2.1.1、辐射降温冷却

    在晴朗、风力较弱的夜间(多见于后半夜至清晨),由于地面与大气迅速降温冷却,再加上合适的湿度容易形成雾。这种雾就被称为辐射雾

    2.1.2、平流冷却

    当暖空气移动至冷表面(陆地)的时候,由于迅速降温,容易形成雾,这种雾就是平流雾

    [​IMG]

    平流雾。

    2.1.3、蒸发作用

    指的是冷空气移动至暖表面的时候形成的雾,又称为蒸发雾。多发于水面,例如湖泊雾,海雾,河滨雾。

    [​IMG]

    蒸发雾。

    2.2、核化过程

    我们知道,空气中悬浮着大量的粒子。而这些粒子都会吸附大气中的水蒸气,为了描述这一过程,从广义的开尔文方程可以得到 Kohler(寇拉)方程,这也是云物理学里最基本的方程。

    [​IMG],其中 [​IMG][​IMG] 这里不做过多叙述,而 Kohler 方程画出相对湿度或者过饱和度粒子半径的曲线则被称为Kohler 曲线。

    [​IMG]

    在 A 点左边,如果 B 点粒子半径需要吸收水分增大的话(沿着箭头上升),由于需要更大的环境过饱和度,但是环境并不满足,所以水分就会蒸发回落到 B 点的状态。

    但是,在 A 点的右侧的 C 点,如果粒子半径需要吸收水分增大(沿着箭头下降),需要的环境过饱和度反而是变小的,于是粒子会不断地吸收水分,最后变成肉眼可见的雾滴。

    所以曲线的最高点A 的左侧的所有点就被称为是霾点。在 A 点之前的状态就是霾的干粒子状态,在 A 点之后的状态就是雾滴。

    而且可以看见,粒子处在霾点状态的时候,如果环境相对湿度不变化,霾粒子就会处在一个稳定的状态,而一旦翻越了 A 点,就如同出栏的猪仔一样拦不住了,不断地吸收水汽增大,而粒子超过 A 的状态就被称为“活化”或者“激活”。

    三、雾与霾所代表的污染特性。

    简单来说:霾一定是有污染的,而雾却是不一定的

    有的时候,在有雨或者有雪的天气下,也是会有雾的,但是空气质量反而会好。而由上面的那两张雾区与霾区的分布图也可以看出来,雾的范围是要大于霾的,并不一定所有地区空气质量会变差。

    但是,如果预报给出的雾区与霾区是重合的,那么重合区域就可能会发生霾 - 雾相互转换的过程,即上面 Kohler 曲线所示的过程,那么如果是霾粒子转换成了雾滴,依然还是用的霾粒子作为凝结核,那么这种雾的危害就会比较大。

    四、雾与霾的区别和区别雾与霾。

    Ⅰ、雾与霾的区别

    1、

    雾是乳白色的,而霾则是黄色,灰色的。通过霾看物体会带上一层黄色或者蓝色的感觉。

    2、

    雾是有明显的边界的,而霾却不是。(例如上面的平流雾的图,过了雾区就可能立刻是晴空区,最极端的例子就是高速路上的“团雾”,而霾却没有这种特点。)

    3、

    霾的持续时间远远地大于雾的持续时间。霾区通常是大范围的稳定的气层。

    Ⅱ、区别雾与霾

    普通人区别雾与霾通常是看两点。

    1、相对湿度

    通过 Kohler 曲线可以知道,雾滴不断增长,相对湿度会变大,而霾滴却是干燥的。所以如果看见官方发布的湿度数据(http://weather.com.cn 或者 http://www.nmc.cn)大于 90% 了,则是雾没跑了。

    如果相对湿度比较小,小于 60% 的时候,则是霾。

    2、能见度

    雾的能见度是小于 1.0km 的,而霾则是在 1-10km 左右的。

    如果湿度在 60%-80%,则需要按照Ⅰ里的差别来区分雾与霾了。

    但是呢,在气象台站中,有一套更为严格的标准来区分雾与霾。而且有一套严格的公式来区分雾与霾。

    这个就是以前拍的照片(江苏某台站),有一套机器自动判别雾、霾的标准(最下面的公式貌似是江苏省气象局与 NUIST 还是 NJU 记不清了共同开发的),图上就是一个由轻雾消散转霾的过程。

    这都是通过自动的传感器收集到的数据,在计算机中自动判别的。

    [​IMG]

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