气体悬浮颗粒物是指粒径在100微米以下的颗粒物。由于这些粒子的直径小，重量轻，容易在空中悬浮，所以称为Aerosol（气溶胶，是Air-Solution的合成词，意思是固体可以像溶液一样稳定存在于气体中）。一种对液体粒子的分类如图1所示。Mist是水雾，是液体粒子，Haze是灰霾，是固体粒子。因此大雾可以消散，而灰霾不能，因为固体粒子无法气化。

图1. 液体粒子的分类

图2. 固体粒子的尺寸分布 

粒子的老化特征
空中的粒子气溶胶的老化现象。原来气溶胶刚被制造出来的时候，其直径尺度的范围可能很宽，因为有许多小粒子，也有许多大粒子及巨粒子。但是随着时间的推移，大量的小粒子会逐渐合并，形成大粒子，这种过程称为聚合（
Agglomeration），或者老化（Aging）。浮粒在气溶胶中会因遭受空气分子不间歇的撞击而产生随机运动，这通常称为布朗运动，因而两个浮粒彼此相撞的机会也不小。两个小粒子撞在一块，由于粒子经常吸附电荷，所以会发生吸附现象，就会合并成一个较大的粒子。这一来当然便改变了粒径谱的型态。因此，一团新鲜的气溶胶在过了几天之后，小粒子大都纷纷合并成为大粒子。某些超过尺寸的粒子（称为巨粒子）由于体积大，质量大，不受布朗运动效应的影响，逐步沉淀下来，便掉落地面，不再是气溶胶的一部分了。反之，那些不到沉淀尺寸的“大粒子”既无太迅速的布朗运动效应，因此不太会合并增长成为巨粒子，因此不会像巨粒子那么容易掉落。过了几天之后，气溶胶形成为以大粒子为主体的混合物。所以，气溶胶老化现象的总结果便是，小粒子与巨粒子迅速减少，而大粒子则略有增加。于是，尖峰浓度总是出现在大粒子的尺度附近。
图3是电子显微镜下的烟黑粒子形态图，每一个小胞（粒子）的尺寸只有0.03微米，可是成千上万的小胞聚合在一起，就是一个大粒子了，是否沉降，还有一些其他的因素（温度条件和流动条件）。

图3. 烟黑粒子的电子显微镜照片，整体尺度是6微米（PM6)，其上的每一个小胞的尺度是0.03微米。

 
 
为什么北京的灰霾问题越来越严重?
导致灰霾问题的原因很多，以下是一些可能的原因：
1.     大工业开始发展的时代，冒黑烟的文明的标志，多少抗议都没有结果。一旦工厂主意识到，冒黑烟是燃烧不完全，不经济的操作时，冒黑烟的现象很快就没有了，这是经济的杠杆在发挥环保的作用。为什么可以减少冒烟？只要改进配风，让燃料完全燃烧即可。所以，汽车稳定运行时，污染物排放是很少的，因为配风合理，燃烧完全。可是如果汽车启动刹车频繁时，燃烧无法保证完全，因此污染物增加。北京灰霾问题严重，有“首堵”的贡献。
2.      因为正如北京官方所言，北京的环保控制越来越严格，导致PM参数日益下降。对于那些微粒子来说，大粒子减少，会导致小粒子缺乏凝聚核而无法聚合（agglomeration）而停留在空中。也就是说，“皮之不存，毛将焉附”？在这里皮是PM10，毛是PM2.5。因为PM10参数降低（皮之不存），导致PM2.5无法沉降（毛将焉附），因此PM2.5越来越严重。
3.      同样是小粒子，液滴对与灰霾有很大的吸附作用。“渭城朝雨浥轻尘”，就是说气候变暖的唐代的陕西渭城地区早上发生的雨滴，具有吸附尘土的作用。所以南方较少有灰霾，这是空气湿度的贡献。当前燃煤电厂的脱硫脱尘方式，主要有湿法（利用细水雾）和干法（利用电场）两种。所以北京灰霾灾害的发生，与当地的气象条件有关。干燥少雨，也是灰霾不能凝聚吸附的原因之一。
4.      导致污染物不能扩散，是因为缺乏气流扰动，即缺乏造成“癫狂柳絮随风舞”的气流扰动。一般情况下，南北极气流是下降的，而赤道地区的气流是上升的，上升气流有助于携带污染物“随风而逝”，当地区的热平衡失常，导致特殊的气象条件，就有可能造成缺乏上升气流，缺乏扰动的局面，就是北京污染长时间爆发的原因了。 当然，这种气象条件的形成，除了地理位置，也有地形条件的贡献，笔者不懂气象，只能猜测其原理。 
 
 
导致这一次污染的气象条件
北京最近发生的污染问题，与一种特定的气象条件有关。这种气象条件的特征是，垂直温度分布异常，导致应当正常上升的羽流发生浮力消失，无法上升扩散的现象。
通常污染源在离开排出口之后总是和周围的介质密度不同，或者温度不同，结果是密度差造成相应的浮力，密度低的介质上升，密度大的介质过来补充。由此形成上升的羽流和周围的卷吸现象。一般说来，总是地表温度高（因为地表是固体，辐射吸热系数大大超过对阳光透明的气体。
平均而言，大气层的底层（即對流層）溫度隨高度降低，每上升100公尺，溫度下降約0.6℃。），而高层温度低，所以虽然高层密度也在降低，但是总体效应却是配合污染物的上升，一旦污染物上升到平流层，就万事大吉了，平流层对污染物的排放有很大的扩散作用。也就是说，烟气总是靠着那一点微弱的温度差（或密度差）保持上升的态势，直到被高层气流完全稀释为止。这是正常情况下的污染物排放过程。
在某种特殊气象条件下，发生地面温度低，而高层温度高的温度逆反现象（Temperature Inversion），具体说来，就是温度突降，导致地表温度低于空中的温度，无风，导致高低温气流不能混合，那么就会形成稳定的分层分布。本来应该上升导致混合的羽流，因为密度差的消失而无法上升，就是造成伦敦烟气污染事件（1952年12月4日）和1948年匹兹堡附近的Donora烟雾灾难（1948年10月27日）的首要原因了。虽然烟雾仍然有一定的扩散（Diffusion）能力，但是这种扩散的能力与浮力相比，仍然不是一个数量级的，一旦导致烟气上升扩散的浮力消失之后，就是烟雾困扰的灾难了。现在人们一致认为导致伦敦灾难和Donora灾难的气象条件与温度逆反现象有关，北京这一污染事件显然也不例外。
笔者是消防工程师，消防工程的羽流理论可以用来解释污染物排放，妨害污染物排放的温度逆反现象，是羽流理论的基础和常识。
 
导致异常条件的气候变化可能性
笔者对污染的认识谈不上有新意，却对产生北京气象条件的背景感兴趣。最近正在研究气候与火灾的关联，发现暖相周期与冷相周期的火灾特征不同，而我国古人很早就意识到火灾高发的周期，每六十年来一回。我国早在1547年就观察到火灾发生的六十年周期性，我国古老的天干地支历法本来也是六十年为周期的。
今年北京的烟气污染形势刚好与伦敦污染事件相差59年，距离美国1948年发生在汽车城匹兹堡地区的温度逆反现象是63年。也就是说，造成这种烟气污染的气象条件是很可能是有规律的，都受到全球洋流的影响，具体说来就是那个周期为50～70年的PDO（太平洋十年震荡）的影响。当冷相周期控制的时候，干旱，少雨，寒冷，容易失火，却不容易成大灾；当暖相周期控制的时候，高温、多雨、涝灾，不易失火，却容易发生重大灾情（如大兴安岭大火就是典型的暖相火灾）。这种气候模式交替出现，导致中国历史上重大城市火灾的周期性。那么，笔者大胆猜测，今年的灰霾发生，很可能是全球气候进入冷相周期的标志之一。2009年几乎同时在中国和澳大利亚发生的大面积野火现象，也是那种60年来一回的特殊气候导致的灾情，上一次发生在1949年的美国和重庆。过去可能也碰到过温度逆反现象，但是没有很多的污染物排放，人们是不会注意到这种异常气象条件的。当然，上述看法纯属臆测。由于周期过长，我们无法找到类似的验证，只能说气候的周期性导致相似的气象条件产生，因此增加了污染扩大的可能性。
人们虽然观察到PDO现象的周期性，但没有合理的解释，笔者不是气象专家，只能一声叹息，到此为止。
 
上述意见是我用消防的观点来解释北京污染现象，只有最后一点猜测是姑妄言之。

经人提醒，本文前半部分有大段抄袭，原文来自王宝贯老师的作品《野马与尘埃》特此致歉，望慎重引用。