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是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，也称细颗粒物，肉眼不可见。现在人们常说的“雾霾”天，应该恰恰是被细颗粒物污染的日子(详见：what？喘不过气来，但不是雾天！)。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。你可能会想，细颗粒物不是肉眼看不见的吗？对能见度有什么影响？
这主要是由于大气散射。大气散射是一个非常重要和普遍的现象。如果没有大气散射，阳光直射之外的地方都是黑暗的。当太阳光穿过大气，遇到云滴、气溶胶等小颗粒时，一部分光线会改变原来的直射方向，向其他方向散射。光和小粒子之间的这种相互作用与入射光的波长和遇到的“阻挡”粒子的相对大小有关。
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当入射光的波长远大于所遇到的颗粒尺寸时，可以认为是简单的瑞利散射。当波长等于或小于粒子尺寸时，它是复杂的米散射。当粒子尺寸远大于波长时，采用几何光学处理。可见光的波长约为0.38~0.78m，相当于微小颗粒的大小。所以，当大气更干净，细颗粒物更少的时候，瑞利散射就会占优势，我们就会有一个晴天。瑞利散射的强度与波长的四次方成反比。波长越短，瑞利散射的强度越强，因此波长较短的蓝光被强烈散射，使天空呈现蓝色。当大气中有很多细颗粒物时，散射光强与波长没有显著关系，使得天空显得灰蒙蒙的。
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大气的能见度受到大气对太阳光散射和吸收的消光作用的影响。细颗粒物和气态污染物对光的吸收和散射使能见度降低，颗粒物消光影响约60%~95%。有一个专业术语叫气溶胶光学厚度，英文名是AOD(Aerosol Optical Depth)或AOT(Aerosol Optical Thickness)，用来描述气溶胶对光的减少作用。
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近年来，细颗粒物污染备受关注，相关观测站越来越多。然而，现有观测在时间和空间上的覆盖范围是不够的。PM2.5观测站主要集中在城区，大部分观测时间不长。能见度作为一项基础观测项目，空间观测全面，历史数据长。因此，利用能见度与颗粒物质量浓度的关系，探索基于能见度获取PM2.5质量浓度的方法是一个值得努力的方向，有利于增强对大时空尺度上颗粒物污染演化过程的认识。
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能见度直接影响人们的生活，低能见度对交通和一些观测活动影响很大。能见度受多种因素影响，如大气成分、风速和空气湿度。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，它影响着大气颗粒物的粒径、质量、密度、折射率等物理参数。大气气溶胶可分为吸湿性(亲水性)气溶胶和非吸湿性(疏水性)气溶胶。当干颗粒吸潮时，粒径明显增大，前向散射迅速增大。许多研究表明，大气能见度受空气湿度和颗粒物质量浓度的影响。
(来源：UCI气溶胶光化学小组研究)
在近期《大气科学进展》(advances in Atmospheric Sciences，AAS)发表的一篇文章中，中科院大气所LAGEO团队利用能见度得到的环境消光系数和干气溶胶散射系数，分析了观测期间两次污染过程中气溶胶的吸湿性，建立了估算PM2.5质量浓度的方法
研究人员在西南地区的野外观测中，对能见度、环境湿度、PM2.5质量浓度和干气溶胶散射系数进行了观测。为了解释PM2.5质量浓度与能见度的差异，研究了水汽对气溶胶散射的影响，通过拟合公式建立了干态和湿态气溶胶光学参数之间的关系。发现干气溶胶的散射系数与PM2.5的质量浓度之间存在良好的线性关系，建立了基于能见度的PM2.5质量浓度估算方法。
能见度估算PM2.5质量浓度与直接测量的比较
大气气溶胶质量浓度的分布在时间和空间尺度上有很大的差异，可以知道气溶胶的时空分布。
特征和演变过程带来了困难。利用较为容易获得的大气能见度、空气湿度数据估计 PM2.5质量浓度是一种很有前途的方法，有望弥补PM2.5质量浓度直接监测时空覆盖不足的问题，还可以结合卫星和激光雷达改进PM2.5质量浓度的遥感反演。建立长的时空尺度上PM2.5数据库有利于进一步理解细颗粒污染物的形成演化过程，为大气污染防治和改善空气质量提供基础数据和科学依据。但是由于环境大气中的相对湿度具有明显的日变化、季节变化过程，因此仍然需要探求不同季节、不同地区、不同气象条件下该方法的适用性，寻找大气能见度和PM2.5浓度之间的本质联系。参考文献：
1. Ji, D. H., and Coauthors, 2020: Estimation of PM2.5 mass concentration from visibility. Adv. Atmos. Sci. , 37(7), 671-678, https://doi.org/10.1007/s00376-020-0009-7
2. 谢子钊,张淑娟.气溶胶细粒物对大气能见度影响的研究
3. 陈晓佳,大气细颗粒物化学组分对能见度下降的影响及其源解析
4. 白志鹏,董海燕,蔡斌彬,朱坦,姚学祥.灰霾与能见度研究进展
来源：中国科学院大气物理研究所
