“霧霾”？等下，想想再説_風聞

【歡迎關注中科院之聲公眾號（ID：zkyzswx）或微博@中科院之聲，看科學界的大事兒】

由細顆粒物污染造成的灰濛濛的天空，經常被稱作“霧霾”天，然而作為天氣現象的“霧”與“霾”古已有之，在氣象領域也有專門的定義，用“霧霾”來指代由細顆粒物造成的污染天，可能還需要慎重考慮。

在《論語》中，孔子認為做事情必先正名，名不正則言不順，言不順則事不成。同理，在對科學概念的認識中，弄清楚科學概念的本質，是科學研究的基礎。那麼，“霾”可以用來指顆粒物污染天嗎？

答案是否定的。

1.霾，古今不同

“霾”字出現的非常早，在甲骨文中早已多次出現過，例如《甲骨文合集》（編號13467）記錄“茲雨不惟霾”，其含義為“這場雨不會帶來陰霾的天氣吧？”《甲骨文合集》（編號13469）記載“惟霾，……有作”，含義為“天色陰霾，……將有什麼事情發生呢？”

“霾 ”字在甲骨文中多次出現，文字 “惟霾，……有作 ”，含義為：天色陰霾，……將有什麼事情發生呢？

最早對“霾”字進行解釋的是《爾雅·釋天》：“風而雨土為霾”，詩經中也有其他詩句如“終風且霾，惠然肯來”（《詩經·邶(bèi)風·終風》）。因此，古代的霾是自然現象，指沙塵天氣，主要對應浮塵、揚沙現象。偶爾有森林或者草原燃燒，霾也被用來指比較陰晦的天氣。

時至今日，我們日常生活中提到的“霾”主要是人類活動造成的，尤其是燃料燃燒、工業排放、交通排放過程中產生了大量氣溶膠顆粒物（被稱作一次排放），以及大量的二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機化合物（VOCs）等氣態污染物，排放進大氣的氣態物質在有利條件下冷凝為分子簇，繼而通過冷凝、碰並形成顆粒物（被稱作新粒子生成）。有研究認為，新粒子生成對於全球顆粒物濃度的貢獻遠高於一次排放。 

大氣新粒子生成和增長示意圖，新粒子生成分為成核（nucleation）和增長（Growth）兩個部分，其中成核過程是指大氣中的氣態前體物（例如硫酸和揮發性有機物等）經過氣態-液態-固態轉化形成分子簇，分子簇繼續通過凝結和碰並過程繼續長大，形成顆粒物，參考Zhang (2010)。

這些大氣中的顆粒物成分複雜，幾乎包括了元素週期表的所有元素。當重污染襲來時，説空氣“有毒害”絕對不是危言聳聽。這些顆粒物裏包含了複雜的酸、鹼、鹽成分，還有烴、醛/酮、醇、酸、脂等有機物，吸附的成分還包括流感病毒、結核桿菌、肺炎球菌、蟎蟲、花粉等，也包括汞、鉛、鎘等重金屬元素。細小的顆粒物可直接通過呼吸系統進入支氣管和肺部，而極細的顆粒物甚至可以穿透人體血腦屏障，對人體健康造成的影響還在深入評估中。

所以，儘管“霾”這個名稱已經流傳了幾千年，但是今天我們所説的“霾”不僅與數百年前味道相差大，配方也早已完全不同了。

當然，遠遠望起來都是灰濛濛的。這為“霾”詞彙的混用留下了隱患。

2.霾，不同領域標準不同

2.1傳統的氣象領域

在氣象領域，對霾（haze）的觀測和記錄有上百年曆史。我國最早的氣象觀測規範《氣象須知》（1930年4月）即有霧、輕霧（霿、靄）和霾的區別。

1943年的《增訂測候須知》對霾做出詳細規定：“極細微之塵點聚集低層浮游空中障礙視線之現象，地平視距在2km以下，色多呈青灰或土黃色。2~4km為輕霾。”

1948年發佈的《氣象測報簡要》對霾的定義進一步擴展：“空氣中細微不可見之塵粒或鹽粒多量存在，致天氣渾濁不清，景物宛若披有落幕而減其色澤。水平能見距離約在2km之上10km之下。其存在由5km外景物迷糊隱約現象及其色澤決定。”

1950年發佈的《氣象測報簡要》，對霾的定義進一步細化：“空氣中細微不可見之塵粒或鹽粒多量存在，致天色渾濁，景物模糊，如同蓋上了一重薄紗幕的現象。背景暗淡時，呈微藍色；背景明亮時，呈土黃或橘黃色。能見度約自5~20km。遠物僅現大致輪廓。霾和輕霧很相似，但顏色不同。”

1954年的《氣象觀測暫行規範》進一步把霾分為三個等級，水平能見度2~10km、1~2km和<1km。而1961年發佈的《地面氣象觀測規範》則取消掉對霾的分級。

根據《地面氣象觀測規範》(2003)和《地面氣象觀測業務技術規定實用手冊》（2016），霾的定義為“大量極細微的幹塵粒等均勻浮游在空中，使水平能見度<10.0km的空氣普遍渾濁現象。遠處光亮物體微帶黃、紅色，黑暗物體微帶藍色。無次分，能見度<1.0km時記錄最小能見度”。

以上所有的霾的標準中，都規定霾不能與降雨、霧、沙塵、 浮塵、冰晶、煙幕等天氣現象兼記，即如果一個霾日，同時還是雨日、霧、沙塵、浮塵等天氣，則這一日不能記做是霾日，而應該按照雨日、霧日、沙塵日等天氣現象來記錄。

因此，霾日的識別一般遵循以下的步驟：

1）剔除掉降雨、霧、沙塵、浮塵等特殊天氣；

2）在剩餘的日子裏，按照相對濕度和能見度標準判斷某日是否霾日。

其中相對濕度和能見度標準在各個研究中有小的差別，例如相對濕度有研究用<95%標準，有研究用<90%標準，還有研究用80%標準，而能見度標準有研究用<10km標準，有研究用<7.5km標準，有研究用<5km標準。

2010年，中國氣象局發佈氣象行業標準《霾的觀測和預報等級》（QX/T 113-2010），給定霾觀測的判識條件：

1) 能見度<10.0km，排除降水、沙塵暴、揚塵、浮塵、吹雪、雪暴等天氣現象造成的視程障礙。相對濕度小於80%，判識為霾，相對濕度80%~95%時，按照地面氣象觀測規範規定的描述或大氣成分指標進一步判識。

2) 對於能見度小於10km，相對濕度介於80%~95%之間的天氣，採用的大氣成分指標是：PM2.5>75, PM1>65，氣溶膠散射係數+氣溶膠吸收係數 Ks+Ka>480。

3) 並把霾的預報等級分為輕微（5.0≤V<10.0）、輕度（3.0≤V<5.0）、中度（2.0≤V<3.0）和重度（V<2.0）四個等級。

2018年，中華人民共和國國家標準《霾的觀測識別》（GB/T 36542-2018）發佈，識別霾日按照以下標準：

1) 排除降水、沙塵暴、揚塵、浮塵、吹雪、雪暴、煙幕等影響視程的天氣現象後，按以下方法進行識別。

2) 在觀測時，水平能見度<10.0km，且相對濕度<80%，直接識別為霾。

3) 在觀測時，水平能見度<10.0km，且80%<=相對濕度<95%，當吸濕增長後氣溶膠消光係數與實際大氣消光係數的比值達到或超過0.8時，識別為霾。

4) 一日內霾現象持續6h及以上時，記為一個霾日。

在2018年的標準裏，已經對2010年的標準進行了修改，剔除掉PM2.5的標準，代之以大氣消光係數的相關參數，表面看來與顆粒物總數分道揚鑣。

因此氣象上特殊天氣、霾（包括濕霾）、霧、濕霾的區分可以用下圖來表示：

特殊天氣、霾（包括濕霾）、霧、輕霧與視程較好的其他天氣的區分，目前的氣象業務中，首先剔除掉特殊天氣，然後剔除掉霧（包括輕霧），再根據能見度和相對濕度等確定霾，濕霾的判斷需要基於光學參數。

2.2環境領域的標準

環境領域對於“霾”事件的判斷多基於細顆粒物的濃度，一般通用PM2.5的觀測值，即環境空氣中空氣動力學當量直徑小於等於2.5微米的顆粒物的多少。根據《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）和《環境空氣質量指數（AQI）技術規定》（HJ 633-2012），空氣質量可以分為1~6級，如下表所示：

環境領域研究對顆粒物濃度多少算是一個“霾”（haze）日，沒有統一的標準，比如Cai Wenju等在Nature Climate Change研究重污染haze day，所用的標準即是PM2.5濃度大於150微克/立方米。

在氣象和環境兩個領域內，都用“霾”這個詞彙，但標準卻不同。氣象是因為傳統和歷史，一直在用霾。而環境領域，則是因為在最初定義重污染天氣的時候，稀裏糊塗地用了“霾”這個詞。最早誰用“霾”來描述目前顆粒物污染的現象，已經無從考證了。

那到底這二者所定義的霾是同樣的麼？

答案是否定的。

3.“重名”帶來的困擾

最近，在 Atmospheric Environment 雜誌上發表了一篇題為 Distinction of two kinds of haze 的文章，對氣象概念上的霾與環境概念上的霾進行了比較。

對於氣象霾的定義，研究所用的標準是：

1）剔除掉降雨、沙塵、霧、降雪等特殊天氣；

2）以日均能見度vis<10km，相對濕度rh<90%的標準。

滿足以上標準的日子即確定為霾日，因此可以把一年365天分為三種：

1）SWDs：特殊天氣+霧日（包括輕霧）;

2）MHDs：霾日；

3）ODs：視程較好的“其他”天氣，這主要包括晴天和不影響視程的多雲與陰天。

對於環境概念上的霾，用日平均的PM2.5數據，以PM2.5日濃度大於75微克/立方米為標準，大於此數值即為環境意義上的霾日。

將兩種霾日進行比較，發現二者差距巨大。

以北京為例，在2013-2017年期間，平均每年的氣象霾（MHD）日數為77天，而環境霾（EHD）日數為141天，其中77天的MHD中有61天屬於 EHD，另有16天顆粒物濃度並不超標，算是空氣質量“優”和“良”的天氣。而顆粒物濃度超標的天數里，有大量的天數（80天，佔EHD57%）並不屬於MHD。

分析上海和廣州得到的結論基本類似，只是霾日數量稍微少一點，並且MHD在EHD中的比例更低，上海為58%，不到6成，而廣州則只有約三分之一。

北京MHD和EHD的重合率分佈，MHD中有約79%屬於EHD，而EHD中只有少部分屬於MHD，佔比43%。 

上海MHD和EHD的重合率分佈，MHD中有約58%屬於EHD，而EHD中只有少部分屬於MHD，佔比44%。

廣州MHD和EHD的重合率分佈，MHD中有約33%屬於EHD，而EHD中只有46%日數屬於MHD。

問題來了，為什麼氣象概念上的霾日數與基於顆粒物PM2.5濃度給出來的天數差別這麼大？

首先，在氣象上霾日的識別中，剔除了大量的特殊天氣。這些特殊天氣包括雨日、霧日、沙塵日、雷暴日等，在這些特殊天氣裏其實包含了大量的污染日，即雨日、霧日、沙塵日、雷暴日都有可能是污染日。特殊天氣的日數並不小，在北京，平均一年有125日特殊天氣，基本佔一年365天的1/3。上海一年平均有141天特殊天氣日，約佔一年365天的2/5，而廣州因為降雨日數更多，特殊天氣日數達到212天，約佔一年365天的3/5。

這些特殊天氣裏都包含了不少的污染天，例如北京的污染天（EHD）裏，45%來自於特殊天氣，43%來自於氣象霾（MHD）日，還有約12%來自於既不是特殊天氣也不是氣象霾天的“其他”天氣。對於上海而言，污染天（EHD）的44%來自於氣象霾（MHD）日，30%來自於特殊天氣，剩下26%來自於“其他”天氣。廣州的污染天46%來自於氣象霾日，34%來自於特殊天氣，另有20%來自於“其他”天氣。

特殊天氣裏包含着重污染天，這可以通過幾個例子來説明。

a) 大霧與重污染齊預警

華北地區2018年11月13-15日，2018年12月1-3日，大霧籠罩，北京市氣象局連續發佈大霧黃色預警。與此同時，北京市空氣重污染應急指揮辦公室發佈重污染黃色預警，這是一個大霧+顆粒物污染的過程。如果按照氣象標準，這算作霧日，是首先要被剔除掉的，不能算在氣象“霾”日裏。而按照環保顆粒物濃度的數據，這是典型的環境“霾”日。

北京市氣象局2018年11月13日16:30發佈大霧黃色預警

2018年11月13日8:00時，北京市空氣重污染應急指揮辦公室發佈重污染黃色預警

北京市2018年12月1日17:30，發佈大霧黃色預警。

北京市於2018年12月1日0時啓動空氣重污染黃色預警。

2018年12月2日，北京大霧與空氣污染同時出現。按照氣象對於霾的判定，當日天氣是“霧”，而不是“霾”，而按照PM2.5測量值，當日是一個典型的“霾”日。

b)雨日結伴污染天

雨日出現時，依然可以被算重污染天氣。例如2016年2月12日，北京當天降雨量8毫米，降水主要出現在早上7點到夜裏9點之間。當天的日平均PM2.5濃度為155微克/立方米，最大值小時值甚至飆升到225微克/立方米，按照《環境空氣質量標準》，這可是五級重度污染，然而按照氣象上對於霾日的判定，這一日因為下雨，是要被計入雨日的，不能被算作是個“霾”日，按照顆粒物濃度來算，這一天當然是一個典型的污染天，一個環境“霾”日。

2016年2月12日，北京當天逐小時降雨量（藍色）與PM2.5（灰色）及能見度（紅色曲線）

c) 迴流天氣遭遇沙塵活動，PM10、PM2.5雙雙超標

氣象霾日裏也不計入沙塵天。2018年3月27-28日，華北黃沙漫天，空氣污染非常嚴重。28日早晨6點起，一個小時之內，PM10的讀數迅速從300微克/立方米飆升至1000微克/立方米，下一個小時最高值超過2000微克/立方米。一直到當天夜裏，才逐漸恢復到沙塵過程之前的水平。與此同時，受迴流天氣影響，北京市空氣重污染應急指揮部於2018年3月24日20時發佈空氣重污染橙色預警。預警措施於3月26日0時至28日24時實施，在27日-28日期間，PM2.5的數值一直在200微克/立方米上下，這是一次由沙塵過程與迴流天氣一起導致的沙塵+顆粒物污染共同影響的過程。按照氣象標準，這一日只能記做沙塵天，而不能記做“霾”日。

2018年3月27日，北京市空氣重污染應急指揮部發布空氣重污染橙色預警，預警措施於3月26日0時至28日24時實施，北京市氣象台28日05時35分發布沙塵藍色預警。

因此由於氣象霾的定義所限，並不能把特殊天氣中的重污染天考慮在內，氣象霾日數並不包含特殊天氣期間的重污染，所以曾經有個冷段子流傳：

問：怎樣才能治理霾？

答：當日的水汽含量超過95%就可以了。

問：怎樣才能更有效地治理霾？

答：多下雨、下雪、刮沙塵暴就可以了。

d)氣象霾日裏藏了很多“優良”天

另外值得注意的是，在被算作氣象霾的日子裏，也有很多天數顆粒物濃度並不高，按照空氣質量標準，應該算作“優”或者“量”的天氣。因此即使滿足氣象霾，也不見得一定是污染天。這樣的天數佔北京總氣象霾的21%，上海氣象霾的42%，廣州氣象霾的67%。

氣象霾的判斷基於能見度和相對濕度，作為大氣光學參數的能見度受多個因子的影響，例如水汽、顆粒物濃度、顆粒物成分、NO2的含量等。根據對台灣中部地區的一項研究，PM2.5只能解釋能見度約一半的方差。即使顆粒物濃度相同，大氣顆粒物的成分也對能見度有不同影響。例如大氣顆粒物中有一部分被稱作褐碳(brown carbon），能夠吸收太陽光藍色以及紫外波段的輻射，還有一部分被稱作黑碳（black carbon, BC），吸收能力更強，對太陽光譜“打包”全吸收。顆粒物成分在不同城市，城市與農村之間都有較大的差別，另外能見度也受光照條件、有無雲霧遮擋視線、有無雲層遮擋太陽等條件影響，並不能完全與大氣中有多少顆粒物相對應。

黑碳（black carbon, BC），吸收能力更強，對太陽光譜“打包”全吸收。

總結起來，氣象霾日與環境霾日基本是兩個完全不同的概念，並不能相互指代，其主要原因來自於：

1）氣象霾日的獲得首先剔除了特殊天氣，特殊天氣裏的大量污染日數並不被包括在內。

2）能見度受多種因子影響，並不能完全表示顆粒物濃度變化引起的消光。

4.公眾語言中的“霧霾”

在英語裏，詞彙smog可能更接近我們現在所面臨的污染天氣。smog是個拼合而成的詞彙，smog= smoke(煙霧)+fog(霧)，smog常被翻譯為煙霧，指的是煙與霧混合的空氣污染物。儘管國外用smog來談論由於人類活動引起的顆粒物污染天氣，但是國內的語境裏“霾”成了更被廣泛使用的詞彙。在相關科學研究中“霾事件”、“霾日數”、“霧霾天氣”、“灰霾事件”、“灰霾日”、“霾天氣”、“霾過程”、“霧霾污染”、“灰霾治理”等詞彙是廣為應用的詞彙，對應在英文文獻中，haze pollution、haze pollution episode、haze episode、haze events、gray haze、haze evolution/cycles、haze days、non-haze days等詞彙也被廣泛使用。

在氣象與環保領域，詞語“霾”（haze）被廣泛使用。雖然二者的標準和規範並不相同，所識別出來的“霾”日差別很大，然而似乎能和諧相處。氣象學家用氣象霾日來做研究，討論空氣污染治理的事情。環境領域也從容地使用氣象詞彙“霾”（haze）來討論本屬於顆粒物污染的現象。實際上環境領域科學家本來可以使用一個更接近的詞彙smog，但是haze成了大家的潮流。

在媒體和公眾傳播領域，“霧霾”成了通用的語言，實際上顆粒物污染本質上既和“霧”關係不大，也和“霾”關係不大，二者合起來構成一個新詞，按理説漢語言裏，擅長於用已有詞彙構成新的詞彙，例如“宇宙飛船”、“蹦極跳”、“信息產業”等。然而“霧霾”卻算不上是個好的詞彙，英語裏發明了smoke+fog=smog代表霧濛濛的重污染天，字面含義裏包含了人為活動的“煙smoke”，而“霧霾”裏則全然不見人類活動。

對於我們目前由於大氣中存在過量細顆粒物造成的天氣現象，最專業的定義可能用“細顆粒物污染天”（Pollution of Particulate Matter 或者PM pollution）更為合適，但是很明顯這並未流行起來，不僅“細污天”沒流行起來，連“PM2.5污染”也沒流行起來，不得不説，“霧霾”是個被誤導了的詞彙，普通老百姓叫着倒也無妨，但是氣象和環境領域內的研究人員則需要對“霧霾”的概念有清醒的認識。

**來源：**中國科學院大氣物理研究所