[科普中国]-雾滴

雾滴大小的分布

雾滴的物理学本质和云滴相同2，都是悬浮在空气中的小水滴。雾滴大小也和云滴相似。雾滴的平均直径在 10 到 15 微米之间，是雨滴的千分之一至十分之一。然而最小的雾滴可以小至直径只有 1 微米，最大的则可达100 微米1。

在任意一片雾里，雾滴大小的分布近似于对数正态分布，下图是十种常见的雾滴大小分布类型（横轴为雾滴半径，纵轴为浓度。横轴纵轴均已略去。）3：

可以看出，无论是哪一种分布类型，都接近对数正态分布，尤其是类型 A。研究发现，分布类型 A 在污染物较少的空气中出现频率较高，约为 20%，而在污染较重的空气中出现频率则较低。在分布类型 C 和 F 中，半径低于4 微米（直径低于 8 微米）的雾滴所占比例很大，约占所有雾滴的三分之一。在相对湿度接近 100% 的浓雾中，分布类型通常为 A 或 C。另外，在一片固定的雾中，随着时间的推移，小雾滴会逐渐聚集成大雾滴，所以分布类型会渐渐变为 D、G、H，最终会变为 I 或 J。

雾滴与光学雾滴如此之小，数量又庞大，以致于光在遇到它们时不仅会发生反射和折射，还会发生散射和衍射，这就是为什么雾的出现使能见度下降。能见度的大小和雾滴的大小及浓度紧密相关，比如，有研究发现，当雾滴平均直径在 13 到 18.6 微米之间，且雾滴的浓度小于 29 每立方厘米时，能见度在 300 到 1000 米之间4。但是影响能见度的因素很多，雾滴大小和浓度仅仅是其中两个方面。

如果某一片雾里的雾滴大小比较均匀，则光在这片雾里的散射和衍射可能导致雾虹的出现1。

雾滴中的杂质尽管雾滴的主要成分是水，但是总是会含有一些其它物质——有些是凝结核，有些是雾滴出现后溶解于雾滴或是吸附于雾滴的物质。这些物质包括炭黑、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铵盐、二氧化硫、挥发性有机物等等。它们的来源多种多样，包括人类生活生产排放的废气、烟尘，火山爆发喷出的硫酸盐，来自海浪的盐，微生物代谢排出的气体等等。

雾滴的化学成分与雾的位置有关。海雾中的氯盐（如氯化钠）含量明显高于内陆的雾，这些氯化物来自海水；而硫酸盐则在不同地区的雾中普遍存在，含量差异不大。5

雾滴的化学成分也与雾滴的大小有关。小雾滴和大雾滴所含离子的浓度不同：小雾滴所含离子（如硝酸根、甲酸根、硫酸根、铵根）的浓度普遍比大雾滴高，但是醋酸根在大雾滴中的浓度高于小雾滴。小雾滴比大雾滴的酸性更高——有研究显示，直径大于 13 微米的雾滴的 pH 值在7 左右，而直径小于 5 微米的雾滴的 pH 值在 6 左右。不过，过氧化氢在大小不同的雾滴中浓度差别不大。6

雾滴的化学成分影响着雾滴的表面张力，进而影响雾滴的浓度。当雾滴中含有有机物时，雾滴的表面张力被降低，导致在水蒸气过饱和的情况下有更多的雾滴生成。相反，当雾滴中含有无机物时，雾滴的表面张力会升高，导致雾滴的浓度降低。7