漠北，大气科学/强风暴物理学
或许只有每年夏天，我们对雾、霾的关注会少一些。其余的 3 个季度公众都在 霾来了，风要来了，风来了快看蓝天，霾又要来了 的循环中度过。
自从我使用知乎以来，雾、霾的话题一直是气象、环境等领域的热门问题。每每到起霾的时候，我常逛的气象相关话题下就几乎被雾、霾有关的问题填满。但截止这篇文章发出前，我的 113 个回答中只有两个是与雾、霾有关的。而这两个回答中也仅有一个回答是触及了核心问题的：
其实并不是我不想去回答，而是这个问题广而宽，我很难写出不引起争议的答案，索性就拒绝回答了。而借着 2017 年到来的时机，作为一名与大气科学领域相关的知乎用户，我还是决定在专栏里好好地讲述雾、霾的问题。我这篇文章仅从气象学的角度，仅从我最擅长的方向，尽我的全力，努力像各位讲好这个问题。
随我开始吧！
一、在开始，还是要先回答几个最关心的问题
提问 1：雾、霾（尤其是霾）是在柴静的《穹顶之下》之后才出现的新东西吗，之前怎么没有听见过呢？
回答：其实并不是这样的。我稍微查询了一下，柴静的《穹顶之下》是在 2015 年年初发布的，而霾这个词的确在 2015 年之前就出现了。
新闻中也多次提及：
今日可能出现霾 明日有股弱冷空气袭来 来源：大众网 2011 年 1 月 22 日
中国的十面“霾”伏 - 新闻频道 - 和讯网 来源:中央电视台 2013 年 01 月 14
中国多地陷持续“霾伏” 明日将逐步减弱消散 来源：中国新闻网，2013 年 12 月 07 日
甚至较早的新闻中，使用的还是雾、霾这个正确的表述法。
郑州出现雾、霾天气 空气污染指数达到 116 来源：河南一百度 2011 年 2 月 25 日
以上海为例，在 2007 年气象预警信号新规范实施后，直到 2011 年才首次发出霾预警
申城"六一"首发霾预警 空气质量轻度污染 来源：东方网 2011 年 6 月 1 日
而全国的雾、霾等大气污染复合监测系统也在 2011 年首次在杭州落成
杭州有了“测霾机”_新闻_腾讯网 来源：钱江晚班 2011 年 1 月 30 日
所以，并不是在《穹顶之下》之后，雾、霾才出现，它一直都在，不离、不弃。
而真正需要关注的是，上面的大部分新闻除了天气预报新闻之外，在 2011 年就提出了治霾，而 2013 年还在谈治霾，到了 2015 年还在谈治霾。
从 2011 年开始到 2015 年的 5 年，在大气污染的治理中，我们究竟得到了什么？失去了什么？
然而直到《穹顶之下》后，雾、霾才开始真正从幕后走向台前，才真正的作为一个现行的幽灵出现在公众的面前，治霾才成为一项全民关心的问题。从 2015 年开始，新的 5 年又开始了。
在将来的又 5 年的大气污染治理中，我们又会得到什么？又会失去什么？
这 5 年和那 5 年的得失会是一样的么？
这才是需要我们密切关注的。
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提问 2：就更长远的气象记录来看，以前有霾么？
回答：
我能查询到最远的纸质版气象资料是在 1962 年。
在这张天气图上，只能在蒙古高原西侧的气旋（D）前部找到一些成片的大雾（右侧大图，三条杠），而北京站在冷锋前出现轻雾（左下角小图，两条杠）
而再查询 2009 年的地面天气图时
这张天气图上，在俄罗斯远东地区出现了大雾天气（小图左上，黄色范围内），而华东地区则出现了大范围的轻雾天气，轻雾的两条杠被我用红色圆圈标出，而轻雾的大致范围用黄线标出。
从气象记录来看，以前貌似是没有霾出现的。
然而事实是这样么？
我在 2015 年《穹顶之下》的热度还未过去时，前往华东地区的气象观测站。在与观测员交谈中，谈到了当时大热的雾、霾问题，观测员是这么跟我说的：
他参加了很久的工作，在以前霾属于不常见的天气现象，没有哪个观测站敢做先吃螃蟹的那个，也承受不起作为要永久保存的气象资料记录出现错误的，而且观测员没有记录霾的意识，所以就算有出现类似霾的现象，第一反应就是记录为轻雾。
我们不应该去责怪那些辛勤工作的气象观测员们，这是历史原因造成的，或许每个人都逃脱不了责任，但每个人又不都是责任的承担者。然而从以上的言论中可以看出来，我挑选的 2009 年天气图中，那些轻雾里，有多少又是霾呢？
这个问题或许成为了永远的迷，不知该如何回答了。
不过好在随着自动化仪器的出现，在准确测量湿度和能见度的前提下，有一套动态的浮动算法可以判断当前的视程障碍是雾还是霾造成的，把霾记录成轻雾的历史已经一去不复返了。
二、行星大气边界层：人类的居所，雾、霾的摇篮
我们常说，相较于我们脚下的地球来说，常说的大气层是一层非常薄的气体（大气层大部分质量集中在底部），它像是橘子皮一样包裹在地球外面，保护着生活在大气层底部的生命。
而产生风雨雷电，集中了大气绝大部分质量的对流层更是薄之又薄，最厚也仅仅 20 km，平均厚度 10-15 km，这个长度相当于从天安门到八宝山，从黄埔到闵行，从广州到佛山。
相较于我们脚下的土地来说，大气层真的是太薄了。
而在对流层中，最贴近地面的 1 公里不到的气层被称为大气边界层，不同于普通流体力学中在刚体边界处的流体流动，大气边界层是建立在旋转地球的基础上的，所以又叫行星大气边界层。
如果说把大气层比作橘子皮，那么边界层就相当于在橘子皮里刷一层薄薄的清漆。它的厚度仅占到对流层的 1/15，整个大气层的 1/500 左右。
在短短 1 公里的距离上，从近地面的接近 0 的风速，一直到边界层之上自由大气中呼啸的狂风。这注定了边界层是一个在风速、风向垂直上剧烈变化（切变）背景下的混乱湍流世界。这也注定了大气的各种成分会在边界层湍流的作用下不断混合扩散，大气污染物也是这样。
大气层是如此的薄，以至于人类的作用可以改变大气的成分（例如二氧化碳）。而大气边界层同样是薄之又薄，以至于人类可以轻易的控制并改变其中的成分。
前几日新闻中的图片就可以非常好的向我们展示人类对大气边界层的影响
带水印图片来源于：
航拍雾霾中城市 被密密麻麻烟囱十面埋伏 FOTO 头条图片图片版权属于原作者。
我们可以从图片上清楚的看见，烟囱的烟雾并没有继续向高空扩散，反而像是被一个无形的盖子遮挡住，这个盖子就被称为边界层逆温。它阻挡了大气污染继续向自由大气扩散。
而从这位作者拍摄的更近的图片中可以看出来，烟雾的扩散属于扇形扩散，这也是逆温层存在 的重要标志。
所以不要觉得大气很广阔，烧点秸秆怎么了，汽车尾气怎么了，为什么工厂一停工天空就变蓝。是因为大气层，尤其是大气边界层真的是太薄了，太脆弱了，太易受到外界的影响了。如果说火山喷发可以影响全球的大气，那其实那些烟囱对我们人类生活的边界层的影响不亚于一次火山喷发。
地表排放的污染物可以迅速的填满附近的边界层，并随着环境风进行扩散。所以我们可以看见新闻中蓝天与霾的分界，而其实这种分界并没有我们所见到的那么泾渭分明，霾与清洁大气之间的界限是很模糊的，而只有逆温层出现的时候才会有可能见到过渡区被压缩，蓝天和霾有清晰的界限。
图片来源见水印，版权归图片作者所有。
三、逆温层：看不见的帮凶
大气层根据温度结构可以分为许多层次，其中对流层最靠近地面，它的温度来源是地表吸收太阳的短波辐射后放出的长波辐射，即对流层的热源是地面。所以在对流层中（对流层的最底部就是上个部分中所提到的边界层），平均来说近地面的温度是最高的，而对流层顶（平流层底）的温度是最低的，也就是对流层的温度随着高度递减。再高一点的平流层的温度来源是臭氧层吸收的太阳辐射，所以平流层的温度是随着高度增加的。
而正是由于对流层的这样的温度结构，较暖较轻的暖空气位于较冷较沉的冷空气的下方，所以对流活动才在对流层里发生。
而平流层的温度结构决定了它是一个稳定的大气层次，对流活动不易发生，空气以水平流动为主（平流运动），这就是平流层名称的来源。
而如果在对流层中的某一高度上，温度不再随着高度递减，反而随着高度增加。也就是相当于在对流层中出现了类似平流层一样的温度结构，这就被称为逆温结构，而出现逆温结构的空气层就被称为逆温层。逆温层阻碍了对流层的对流运动向上发展，也就阻止了下部的大气成分向上扩散，导致如果下部发生了污染事件，污染物不能及时的通过大气对流扩散并稀释至高空。而若逆温层的高度较低，则会大大加重污染的程度。
而逆温层的成因也是复杂多样。
1、辐射逆温是由于每天夜间地面辐射降温，使得地表温度低于大气温度，从而使得近地面的大气温度低于稍高层次的大气温度，从而出现有明显日变化的逆温层。通常在晴朗、无风的天气出现，配合着大气污染使得雾、霾在清晨达到最严重。
2、下沉逆温是由于空气下沉出现的逆温，常出现在高压区内。
3、地形逆温，是由于山谷的热力性质差异引起的局地逆温现象。
4、平流逆温常出现在沿海、沿湖地区，当风从暖水面吹向冷的陆地的时候，也会出现逆温层。同时也容易出现平流雾，暖的空气承载水分的能力更强，使得能见度会迅速下降。
由于山脉阻挡而在背风区形成逆温，也属于平流逆温的一种。典型的地形如北京、成都、兰州等地，以北京地区为例，当 1500 m 左右的高度吹西北风的时候，北京上空就容易出现深厚的逆温层，事实上，我国沿着太行山一线的华北平原地区，如河北、河南等地，当 1000 m 左右的高空吹西风的时候就容易出现逆温层，这在无形中使得当地污染物的扩散变得困难。因篇幅问题，详细的我可能会专门在[杂谈]中讲述。
5、锋面逆温则是出现在锋面过境的时候，暖空气被冷空气抬升（冷锋），或主动爬升至冷空气上部（暖锋），形成逆温层。
而前几日在微博上传播的“大霾入京图”就是由于中尺度暖锋逆温向北推进的结果。
四、最后
为什么我一直在文章中避免出现雾霾这个词，而一直使用雾、霾这种用法，烦请查阅我的在最开始放上的第一个答案，我就不重复占用版面了。另外，雾霾对雨雪，而不是对雨夹雪，这或许能更好的理解为什么要把雾、霾区分开来。
正如我最开始所说的，雾与霾，一直都在，不离，不弃。但是这种不离不弃却给人类造成了困扰。这是一个长期的问题，不仅仅需要气象学家的努力，而且需要包括环境、经济、政治等多方面的博弈，我这篇文章仅仅从气象方面解释雾与霾，希望能有更多的朋友可以从更多的方面给我们带来新的理解。
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在最寒冷的时候，我的冬眠结束了。专栏和回答又重新开始更新了~
新的一年，新的气象，我一直陪着各位小伙伴~
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