五一假期將至，人們想外出旅遊時，更多的是想觀賞外面美麗的風光，換換心情。但遇到灰霾時，再好的風景也變得灰濛濛，失去了原有色調和雅致，那時好像心裡也蒙上了陰影。就以上海陸家嘴為例，筆者用最普通的手機拍攝普通灰霾天和優良天氣下的陸家嘴，簡單比對一下大家都會有截然不同的感受。風景就在那兒，趕上霧霾天，一切還是索然無味。
真實的情況是：我們在城市生活的每一天，不管是待在家裡，還是出門在外，都因為或輕或重的灰霾細粒子汙染，每個人的眼前仿佛有一道灰窗，看不清或遠或近的建築、風景，本該鮮豔、秀美的景象，失去了物體原有的色度，被灰霾抹灰或徹底淹沒。
灰霾是怎麼幹擾我們視覺的？這就要引出一個名詞：能見度。能見度(Visibility)又稱可見度，指觀察者正常視力下可以清楚看見物體的最大距離，即「可視距離」。氣象學中，能見度被定義為大氣透明度，同一空氣下能見度在白天和夜晚是一樣的。
能見度的度量用長度單位，用km或m來表示，如我們常說能見度不足2km，實際是指2km是視覺可看到的極限距離，這個距離以外的影像都被遮蔽了，再強的陽光也看不到。大氣能見度通常不能直接測量到，需要引入消光係數bext的概念。德國人Koschmieder發現，影響視線距離的遠近與空氣中的氣體和顆粒的消光現象相關，並簡化為公式：VR=3.912/bext
消光係數bext是可以疊加做代數計算的，它的高低通常由空氣中的懸浮物(如顆粒物、細微水珠等)的多少來決定。按照消光的原理，可分為光吸收和光散射。按空氣中消光的物質分，包括空氣中的氣體和不同粒徑尺度的顆粒物。這樣就簡單歸結為4個部分：bext=bag+bap+bsg+bsp
公式中，bag、bap氣體、顆粒物的光吸收係數；bsg、bsp氣體、顆粒物的光散射係數。
考慮消光原理，可簡化為氣體消光、粗粒子消光和細粒子消光作用。
1．氣體消光
理論上，極純淨的自然天空中，海平面的大氣環境，只存在空氣分子的光散射下，服從瑞利散射原理，能見度極限可達150km。除氣體散射外，氣體中NO2是唯一可吸收可見光譜的氣體，並對可見光譜有很強的吸收選擇性，由於大量吸收藍光，因而含NO2的氣體常顯現為紅色、棕色或者黃色，對藍天有「上色」作用。儘管如此，大氣中如果僅有氣體的消光作用下，能見度也在約100km。這樣的視覺效果下，我們在夜晚可以輕鬆看到3000顆星星。想像一下古人每個夜晚仰望星河，可以做星象曆法，也可以在純淨的天空下，抒發「星漢燦爛，若出其裡」詩情畫意。
但是我們現在生活的都市，能見度遠不及此，可看到的星星數量不過幾十個，這是由於空氣中微小的顆粒物群的消光性取決定作用。即使空氣中顆粒物濃度很低，這些顆粒也會發生空氣中的水蒸氣附著的雲核效應，使能見度輕易降為50km以下。
2．粗粒子消光
對於尺度較大的顆粒物，如空氣懸浮顆粒物，消光原理符合幾何光散射，其消光性取決於這些粗顆粒的濃度，如空氣中出現沙塵暴時，如出現沙塵濃度可達數幾十mg/m3，沙塵覆蓋範圍的能見度將不足200m。好在這類塵粒由於尺寸大，不能在空中長久停留，風過後就落地平靜了。另一種是濃霧天氣，空氣在高溼天氣下，微小顆粒的硝酸鹽AN、硫酸鹽AS成分會迅速吸溼長大，密布在空氣中，可能引起能見距離小於幾十m。也是由於濃度尺寸較大，空氣中懸浮時間短，一般幾個小時後恢復。
3．細粒子PM2.5消光
我們說起的灰霾幹擾視覺現象，實際根源是空氣中粒徑很小的顆粒群（幾十至幾百μm）。這些細粒子對消光的作用機理非常複雜，需要用到Mie消光理論。所謂的灰霾天，實際是空氣中長時間懸浮的粒徑較小的細顆粒，可簡單理解為PM2.5（粒徑小於2.5μm）粒子群，因為與可見光波長（0.38~0.76μm）的尺度接近，而對光的散射作用最強。
如要解析灰霾的消光係數，除了入射光本身的波長因素，更主要的是掌握灰霾粒子群的數量濃度分布（不同尺寸粒子的計數濃度），以及粒子群的化學成分，通過不可複雜的貝塞爾函數進行二者的耦合計算。具體在顆粒粒徑分布上，空氣中細顆粒群的形成複雜，形成灰霾一般歸結為燃燒源排放及其物理化學反應的二次生成物。在粒子濃度分布上，表現為單峰態、多峰態的對數正態分布曲線，像駱駝的脊背。
所謂燃燒源，主要大類工業電廠/鋼鐵、化工廠的煙囪排放、機動車尾氣排放、農業秸稈等生物質燃燒、餐飲油煙等。不同燃燒源形成及其衍生的細粒子的化學成分非常複雜，按照消光作用常分為：碳黑BC、有機碳OC、硝酸鹽、硫酸鹽、土壤無機鹽等。其中碳黑類吸光作用最強，主要表現是在不完全燃燒引起的黑煙顆粒，如柴油車等。城市小轎車在冬天可看到尾氣白煙，主要是無害的水汽凝結。有文獻發現，相同質量濃度的柴油車尾氣是普通小汽車尾氣粒子消光能力的87倍，對國一或更早標準的柴油車由於排放量大，實際消光能力可達普通轎車尾氣的幾百倍，可見城市道路需要著重管控不良低標準的柴油車。
PM2.5-能見度關聯
灰霾對能見度的影響，筆者對灰霾的成分、顆粒模態做簡化假定，使用模型計算給出能見度距離與PM2.5的簡化關係。由結果可見，PM2.5從1到100μg/m3，能見度下降近6倍，PM2.5到1500μg/m3的嚴重爆表情況下，能見度不足500m。從這個角度，能見度是大氣顆粒物汙染的晴雨表。
結語
大氣灰霾是一種空氣中的PM2.5細顆粒瀰漫現象，是一類典型的空氣汙染。PM2.5被世界衛生組織WHO定義為I類致癌物，長期的PM2.5顆粒物吸入對身體健康有巨大危害風險。大氣灰霾同時引起空氣能見度不同程度的下降，這實際是給人們提供了一個可感知的信號，這比我們解決看不到的病毒防疫要好很多。從降低PM2.5汙染角度，一方面是環保部門組織企業有力管控汙染排放；另一方面需要人群個體有力地對建築場所、交通工具等進行有效的過濾、淨化措施防控。
個人體會，隨著這次新冠疫情在全球蔓延，我們應該學會反思：(1) 有重視空氣的健康意識。不能因為呼吸空氣不費力，就忽略空氣問題，相反當我們都帶上口罩的一刻，就應該想到空氣如果存在風險，比水汙染、食品汙染可怕的多，因為呼吸過程是我們每個人都以空氣為媒介「吐故納新」，空氣有問題每個人都無法逃避；（2）有對建築、交通工具等具有空氣保障意識。保護和優化良好的室內環境，需求營造一個可「自由呼吸」室內小環境。當發現空氣有問題，應及時尋求解決辦法，實際就是防範長期、慢性疾病高風險；（3）懂得尊重自然，善待「公共環境空間」，自覺保護自然環境，只有群體性對「大環境」的長期保護，才可還原生態環境的「本色」，並可以盡攬享受身邊的景色資源。
參考文獻
1. 白志鵬，董海燕，蔡斌彬，等.灰霾與能見度研究進展. 過程工程學報， 2006.12
2. 朱春，張旭. 機動車排放細微/超細顆粒物消光特性Mie理論研究. 環境科學研究， 2011.6