三、从物质转化与扩散的研究方向探讨雾霾的形成机理：
社会上分析了很多雾霾来源：燃煤、工业（各种烟囱）、汽车、烧烤、秸秆、烹饪等等。
雾霾的形成机理复杂，各种角度的研究很多，国内外文章也很多，不一一列举。
“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，这句诗给出了哲学高度的看问题视角。这里不从环保角度，甚至跳出环保、跳出雾霾，撇开纠葛，只从物质转化方向，以化学角度结合物理学、生物学、气象学的多个角度来看雾霾形成机理：
先简单科普一下：雾霾是指各种源排放的污染物：CO、SO2、NOx、NH3、VOCs、O3、细粉尘等等，在特定的大气流场条件下，经过一系列物理化学过程，形成的细粒子。大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0．01～100μm的粒子，PM2．5是指空气动力学直径小于或者等于2．5微米的大气颗粒物（气溶胶）的总称。
再强调两个原则：物质转化、物质不灭：
然后从雾霾的物质组成角度分析：
1，雾霾是固体细颗粒和液体细颗粒物的综合体。
2，液体很好理解，主要是水，挥发性有机物（VOC）。
3，固体比较复杂，可以分成三类，第一类：本来就是固体的物质：有工业粉尘（包括烟气粉尘，无组织排放的粉尘），工程施工粉尘，移动源粉尘、道路上因交通形成的粉尘，扬尘，人为烧秸秆垃圾形成的粉尘等，其中包括了微生物。第二类：初时不是固体，后来变成固体的物质，如各种无机盐，硫酸铵类，硝酸铵类，碳酸氢铵类，主要原理是空气中大量存在的氨与二氧化硫，氮氧化物优先成盐，过量的氨与二氧化碳反应形成碳酸氢铵。当然还有少量由矿物质粉尘与二氧化硫、氮氧化物形成的盐类物质。前面这两类都遵循化学与物理的规律，在物质不灭的同时物质转化。重点讲第三类：微生物，空气中的微生物在合适的湿度，温度条件下，大量繁殖，繁殖的营养源就是硫酸铵类，硝酸铵类，硝酸盐类，碳酸氢铵等化肥成份。而空气中的生物学是最难研究的现象，情况复杂而且瞬间万变，如微生物菌种（初次粉尘中携带，可多达几百上千种）不同，各种微生物繁殖的温度不同，湿度不同，对肥料的需求量不同，繁殖速度不同，存在时间不同，微生物代谢的产物不同，微生物的残留不同等诸多因素。微生物的不断繁殖和死亡关系决定了其自然的复杂变化，一般来说，条件合适时微生物很容易繁殖到一个恐怖的数量级，但是因代谢导致的肥料消耗及微生物死亡使相应的固体量不会再继续累加（这能解释雾霾一夜之间突如其来，却会平稳好多天。如果不是微生物，其他物质会每天累加）。上面讲的有点复杂，简单举个例子：理论上，一个大肠杆菌，在条件满足时，48小时可以繁殖一个地球大小。
我们的微生物观点至少有两个研究可以佐证：瑞典科学家JoakimLarsson最近在国际期刊《微生物》发表论文，承认微生物是北京雾霾重要组成，是微生物“储存库”和“传播途径”，清华大学研究也表明北京雾霾中含1300种类微生物。
上述分析可以看出，雾霾就是空气中各种物质在不断进行物理、化学、生物学转化的诸多变化的表现形式，并且在动态变化中。
在此建立一个静态分析的模型：从上面的化学、物理、生物学角度的分析可以看出，形成雾霾的诸多物质，其积累方式是加成方式的线性关系，只有微生物是由其繁殖与代谢速度决定的非线性关系，而不同种类的微生物繁殖速度从每分钟几倍到几万倍不等。同时值得注意的是铵盐类物质（氨氮），为微生物繁殖提供了营养，而铵盐的原料中最关键的是氨。可以说，微生物繁殖与代谢是雾霾严重程度的最重要决定性因素。
再分析一下动态情况：从物质扩散角度（依据物理和气象学）看，空气扩散的主要方式是不同区域温度梯度形成的风带来的水平方向扩散流动和因地表以上各区段空气的温差使地面空气向上升腾作用的垂直方向的流动，一般情况下这两种作用都是同时存在并共同作用的。在无风情况下，空气如果是透明的，太阳光可以直射到地面，使地面温度升高（当然还有地热的影响），而离地面越高则温度越低，地面热空气不断向上升腾，冷空气逐渐下沉形成循环，扩散了空气中的污染物。而一旦雾霾水汽等阻隔了太阳光，在空中形成了温差异常（大气中出现气温随高度增加而升高现象，气象学称之为逆温，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”），出现逆温层时，它就像大被子那样覆盖在近地面的的稳定层（如飞机上看到的那种雾霾图像），导致这种垂直方向的空气对流运动减弱甚至停滞。这种水平方向的风和垂直方向的对流运动都不能将污染物扩散的情况，就会形成严重雾霾。气象专家指出，逆温形成污染，污染加剧逆温，恶性循环，越来越重，必须要有个天气过程带来的冷空气，才能破坏这个循环。俗话说“等风来”。
从上述化学、物理、生物学、气象学角度的简单分析来看，雾霾形成首先是有大量污染物到空气中并产生了化学物理生物学的各种转化，遇到不利扩散的气象条件，微生物的繁殖成为了决定性因素，PM2．5爆发式增长，形成雾霾或严重雾霾，同时由于微生物的代谢关系使雾霾严重程度不会继续恶化，而是维持在某个水平，直到风来。
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