冬天呼白气，不全是因为冷？南极呼不出白气！

最近几天连续降温，全国大部分地区开启了“速冻”模式，有些南方城市也下起了雪。南方的小伙伴们终于可以不用网上“云”看雪了！

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但天气一冷，打哈气、说话、甚至呼吸时都会有白气，白气仿佛成了冬天和寒冷的象征。

大家有没有想过，为什么冬天会呼出白气，夏天却不会？是越冷呼出的白气越多吗？

南极呼不出白气

要想知道呼白气和冷的关系，我们可以去地球上最冷的地方——南极寻找答案。

虽然我们没有办法亲临南极，但我们可以从影视作品中窥到一丝端倪，比如《南极大陆》电视剧中，主人公们似乎并没有呼白气，难道这部电视剧不是在南极拍的?还真不是这样，南极科考过程中，科考队员也经常呼不出白气。这到底是为什么呢？

图源：《南极大陆》剧照

这就要从白气的成因说起了，白气的本质是水蒸气凝结而成的液滴。我们的体温在37度左右，冬天气温和我们呼出的气体温度相差很大，呼出的气体中含有很多水蒸气，水蒸气瞬间冷却凝结形成了一颗颗小液滴，也就形成了我们所说的“白气”。

不过，水蒸气凝结需要凝结核，凝结核是各种各样的固体小颗粒，水蒸气吸附在小颗粒上可以更快地凝结变成液态水。南极的空气很干净，凝结核很少，所以很难立刻形成液滴。如果水蒸气没有很快凝结，就会扩散到周围的空气中，低密度的水蒸气更难凝结，所以就看不到“白气”了。

水的三种形态

我们可以通过水的相图仔细了解一下，相图里面的每个点代表了对应温度和对应压力下，水稳定存在时的状态。我们呼出的水蒸气的分压一般在0.6kPa到101kPa之间，当温度降低时，水蒸气的相点会向左移动变成液态水。

但是如果空气中没有凝结核，水蒸气就会暂时进入一种“过冷”的状态，如果此时突然出现凝结核，水蒸气就会迅速液化形成大量的液滴，然而如果在出现凝结核之前，水蒸气扩散开来了，压力降低到0.6kPa以下，就不会再凝结为液态水，即使温度继续降低，水蒸气也会直接凝华成为固态的冰，不会出现白气。

水的相图｜中科院之声

如果空气中水蒸气的压力低于0.6kPa，水蒸气就会直接凝华形成冰晶。北方的冬天一般比较干燥，所以如果外面的温度非常低，屋内的水蒸气碰到低温的窗户会直接凝华，形成好看的冰花。

冬天的雪也是自然界中的水蒸气直接凝华形成的，如果你放大看会发现雪花是一个个漂亮的六边形，这正是水蒸气凝华时自然形成的结构，是低压水蒸气的杰作。

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如果空气中水蒸气的压力高于0.6kPa，水蒸气在降温时就会形成液滴。如果是在高空中，就是我们常见的云；在低空中，就是我们所说的雾。换句话说，我们呼出的白气和云、雾本质上是同一种东西。

一般早上看到雾，是因为晚上温度较低，如果空气中的水蒸气比较多，就会凝结为雾，太阳出来以后温度慢慢升高，晚上形成的雾也就会慢慢散去，重新蒸发为水蒸气。

图源：摄图网

凝结核的利弊

知道了凝结核的原理，我们可以利用凝结核更快地产生液滴。在云中播撒适当的凝结核或者其他催化剂，可以使云里的液滴更快地变大，从而降落下来，这就是人工降雨。人工降雨的过程其实比较复杂，但是其中很重要的一个因素就是增加凝结核。不过应当注意的是，这种增加凝结核的方式只是加速了云变成雨的过程，如果云本身没有形成雨滴的潜力，那增加再多的凝结核也是徒劳无功。

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凝结核虽然可以为我们服务，但是无意中产生的凝结核也会给我们带来困扰，汽车尾气、工厂废气等都含有大量的凝结核，会形成我们所说的雾霾。其实，雾和霾是两种东西，雾是空气中的小液滴，包括水以及空气中其他的液体，而霾是空气中的固体颗粒物。

通常来说，小的颗粒物在空气中停留的时间更长，更容易被人体吸入。为了治理空气污染，国家制定了各种污染物的标准，比如PM2.5指的是空气中直径小于2.5微米的细颗粒物，相应的PM10指的是空气中直径小于10微米的颗粒物，也就是说PM10包含PM2.5。

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这些颗粒物都是发展过程中的“副产物”，相比之下，南极呼不出白气正是空气质量优异的结果。

近些年，在有效的治理下，空气质量逐渐改善，相信空气污染只是发展过程中的阵痛。在寒冷的冬天，如果有一天，你呼不出往常一样的白气，那就是污染治理后，大自然给我们最好的反馈！

作者：姜畅，中国科学院物理研究所博士

编辑：小叮当

题目图源：sohu.com

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