气象地面观测略谈轻雾、霾、浮尘、烟幕

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1、略谈轻雾、霾、浮尘、烟幕易仕明自1981年第4期起，《气象》刊载了一些讨论轻雾、霾、浮尘、烟幕如何分辨的文章。《气象》编辑部希望我谈些看法。作为一个老观测员，我很愿意参加这一讨论。本文中将涉及三个问题：1.大气中各种质点对光线的散射；2.轻雾、霾、浮尘和烟幕的成因和特征；3.复杂情况的处理。一、大气中各种质点对光线的散射大气中各种质点对光线的散射作用，与其大小有关。随着质点大小不同，可有三种情况。1.分子散射（或称瑞利散射）：当质点远小于光波波长时对光线的散射称为分子散射。空气分子和极小的爱根核和冰

2、核均属于这类情况，它服从瑞利定律：（1）式中，为对波长的散射系数，为与质点半径大小有关的系数，为光波波长。从上式可以看出，分子散射与波长有密切关系；当波长小1倍时，散射系数增到16倍。由此可见，波长愈短的光，被散射得愈强。这一方面最常见的例子就是天空的蓝色。由于波长较长的红、橙等色光线在大气中被散射得较少，而波长较短的蓝、紫等色光线被散射的就多得多，所以天空才带了蓝色。但是，本文所讨论的这四种天气现象的粒子都大于分子散射所要求的尺寸，所以瑞利定律对它们很少起作用。2.米散射：当大气悬浮的质点和光波波

3、长相近时，瑞利定律已不适用。米（Mei）对此问题作了一般的理论上的解答，所以称为米散射。如果简单地用类似于瑞利定律的公式来大概地表示，则可以写为：（2）此处为散射系数，为与质点半径大小有关的系数；n为指数，在米散射中n与质点大小（半径r）有关（在瑞利散射中n等于4），如表1。表1在米散射中n与质点大小的关系2r（微米）＜0.420.520.590.640.680.71n43.532.521.5由式（2）和表1可知，当大气中质点的大小与光波波长相近时，它们对不同波长的光的散射仍然是不同的，但是这种差异

4、要比分子散射小得多。有霾时远处暗色物体微带蓝色而又不像天空的蓝色那样鲜明，就是因为它是服从米散射而不是服从瑞利散射的缘故。3.漫射：当质点远大于红光波长时，它对光波的作用就与波长无关了；此时只有由反射、折射等作用综合而成的漫射，而各色光被漫射的强度并没有多少不同。因此，投射的光线原来是什么颜色，漫射光还是什么颜色。了解以上各种不同的散射作用，对于研究轻雾、霾、浮尘、烟幕等现象的区别是很重要的。在规范和一些教科书中常常把这些现象的颜色作为区别它们的标志之一，就是因为颜色的不同能够在相当的程度上反映出构

5、成这些现象的粒子（质点）之不同缘故。大家知道，组成太阳光的七色光中波长最短的是紫光，其波长为0.4微米；最长的是红光，其波长为0.7微米；其他蓝、青、绿、黄、橙等五色光的波长依次在0.4和0.7微米之间。而构成轻雾、霾、浮尘和烟幕等现象的质粒，其半径一般在0.1微米以上到数十微米的范围，因此它们对光的作用主要是米散射和漫射。这一点，对于理解它们的颜色是重要的。当然，空气中还有许多远小于0.1微米的爱根核，它们和空气分子对于光线的散射是服从瑞利定律的。可是，爱根核虽然数量很多，但总体积却很小，对光线的

6、散射总的说来很微弱，所以只能在霾颜色的形成中起一定的作用。二、这几种天气现象的成因和特征（一）轻雾：轻雾是由微小水滴构成的，能见度在1-10千米时记录。它是在地面以上一定厚度的气层中水汽在凝结核上凝结的产物。从形成原因上说，轻雾可分为两种。一种是辐射轻雾，是由于晚上辐射降温形成的。它一般只有几米到几十米厚，少数的可超过百米。在丘陵地带，它常出现于低处。在城镇附近由于烟尘多，所以雾及轻雾也较多。由于它与局地的温度、湿度和空气中烟尘杂质微粒多少有关，所以它常是局地性的，不均匀的，其范围一般也不大，各方向

7、上的能见度也不一定相同。另一种出现于阴天或多云的时候，云层下面能见度不好，有时也可以达到轻雾的标准，这是大面积的，它比较均匀，但在城市及工业区方向的能见度仍然比较差一些。另一方面，轻雾既然是水汽在凝结核上凝结而成的，当然就要比凝结核大些。同时，由于很小的水滴曲面大，需要更大的过饱和才能凝结，所以一般说来，云雾滴的半径都大于1微米，且绝大多数大于4微米，也就是说大于光波的波长。因此，它对光的作用主要属于漫射，也就是与光波的波长无关。在这种情况下，外界的光是什么颜色，它就是什么颜色。但由于太阳光是白色的

8、，所以轻雾也近似于白色；但由于雾滴对光线的削弱作用，特别是在轻雾较浓时，看上去是灰白的。轻雾既然是一种水汽凝结现象，形成时当然要求相对湿度较大，所以，相对湿度的大小可以作为判断轻雾的参考依据，特别是在轻雾开始形成时更有参考价值。另外，在相对湿度很小的时候也确实难以形成轻雾。但是值得注意的是，判断轻雾却不能以某一相对湿度作为指标值，因为它们之间的关系颇为复杂。特别是轻雾消失的过程中，由于雾滴的蒸发需要一段时间，所以尽管相对湿度已经不大了，空气中残存的雾滴仍然使能见度小于