从PM2.5到能见度骤降：解析雾霾形成的气象条件与污染物来源全链条

雾霾的形成是气象条件与污染物排放共同作用的结果，其过程可概括为以下链条：

• 燃煤排放： 火电厂、工业锅炉、冬季取暖燃煤是PM2.5、SO₂、NOx的主要来源。
• 机动车尾气： 汽油车、柴油车排放大量NOx、VOCs、一次PM2.5，是城市雾霾的核心污染源。
• 工业过程： 钢铁、水泥、化工等行业排放粉尘、SO₂、NOx及VOCs。
• 扬尘： 建筑施工、道路扬尘、裸露地面直接产生粗颗粒物（PM10）及部分PM2.5。
• 生物质燃烧： 秸秆焚烧、森林火灾排放大量黑碳、有机碳颗粒物及气态污染物。
• VOCs排放： 溶剂使用（油漆、涂料）、石化、印刷等行业排放的VOCs是二次PM2.5的重要前体物。

• 一次颗粒物直接排放： 烟尘、粉尘、黑碳等直接以PM2.5/PM10形式进入大气。
• 二次颗粒物生成（关键环节）：
  • 气态前体物转化： SO₂、NOx、NH₃、VOCs在大气中经过复杂的光化学反应（如光解、氧化），生成硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二次有机气溶胶（SOA）。
  • 吸湿增长： 颗粒物（尤其是硫酸盐、硝酸盐）在高湿度环境下吸收水汽，粒径显著增大。
  • 非均相反应： 气态污染物在颗粒物表面发生反应，进一步改变颗粒物成分和粒径。

• 静稳天气（核心）：
  • 水平风速小： 污染物难以水平扩散稀释。
  • 垂直方向存在逆温层： 暖空气覆盖在冷空气之上，形成“锅盖”效应，阻碍污染物向上扩散，被压缩在近地面狭小空间。
• 高湿度：
  • 促进气态前体物向颗粒物的转化（液相反应加速）。
  • 导致颗粒物吸湿增长，粒径增大，散射光能力增强。
• 低混合层高度： 近地面可供污染物混合扩散的空间体积被压缩，浓度极易升高。
• 持续无降水： 缺少雨水对污染物的冲刷清除作用。

• 颗粒物消光作用： PM2.5是消光（散射和吸收阳光）的主力。
  • 散射： 硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物等成分对可见光（尤其蓝绿光）散射作用强。
  • 吸收： 黑碳（BC）强烈吸收所有波段的可见光。
• 湿度增强消光： 高湿度下颗粒物吸湿增长，粒径增大，散射效率显著提高（尤其0.5-1微米粒径段对可见光散射效率最高）。
• 能见度公式： 大气能见度（Vis）与颗粒物消光系数（b_ext）成反比。b_ext 主要由PM2.5质量浓度及其化学成分、相对湿度决定。当PM2.5浓度在不利气象条件下（特别是高湿）迅速累积升高时，b_ext急剧增大，导致能见度（Vis）呈指数式下降，出现“骤降”现象。

总结链条： 污染源排放（一次颗粒物 + 气态前体物） → 大气中物理化学过程（一次颗粒物 + 二次颗粒物生成 + 吸湿增长） → 遭遇不利气象条件（静稳、高湿、逆温、低混合层） → 污染物在近地面快速累积、浓度剧增 → 高浓度、高湿环境下颗粒物（尤其吸湿性组分）对可见光消光能力急剧增强 → 能见度显著下降（雾霾显现）。

治理启示： 缓解雾霾需双管齐下：

理解雾霾形成的全链条机制，有助于我们更精准地识别关键环节，制定更有效的防控策略，逐步实现蓝天常在的目标。