近年來，隨著我們對於空氣汙染議題的關注度逐漸提升，PM10、PM2.5這些指標也逐漸為民眾所熟悉。這些指標的對象為空氣中懸浮著不同大小的微粒，它們的正式名稱為「氣膠」或者「氣溶膠」（aerosol）。除了對空氣品質很重要，在全球氣候、降雨議題中其實都有不可忽略的影響，在本篇文章中，我們將會一窺它們都是從哪裡來，又扮演著哪些重要的角色。
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<h2>氣膠從哪來？</h2>
氣膠是大氣中懸浮微粒的通稱。在人類出現以前，大自然中其實就存在著各式各樣的氣膠來源。例如最主要的是海水的鹽分，當我們在海邊生活時，能明顯感受到海風中的鹹味，這是來自於風將海浪泡沫甩入空中，隨著水分的蒸發，鹽分微粒便懸浮在空中，形成大量的氣膠；此外，風吹乾燥土壤（如沙漠）、火山爆發、森林大火等過程也都會產生非常多的懸浮微粒；生物產生的花粉、孢子這些小分子，或者生物排出的氣體經過化學反應，形成微粒等這些都是大自然中重要的氣膠來源。
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隨著人類活動的出現，火力發電、汽機車等內燃機中，大量使用到化石燃料，裡面富含的有機物與硫元素，在燃燒的過程中會產生黑炭、硫酸鹽、高溫也使空氣中的氮、氧結合形成硝酸鹽等，逐漸成為新的氣膠重要來源。值得一提的是，想到大量氣膠排放，我們可能會想到火力發電，其實出於對環保的要求，電廠都會在煙囪處裝設降低微粒排放的措施，目前的技術已經可以去除相當比例的微粒。但由於這類裝置需要龐大的體積，在汽機車上較難配置，因此汽機車等內燃機裝置，或未依規定裝設除塵、除硫設備的工廠，才是目前主要的人為氣膠來源。
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若是我們將自然來源與人為來源做個比較，以重量而言，自然來源大約占了80-90%；但是如果以反射陽光的貢獻程度來看，大約是1：1。中研院環境變遷研究中心副研究員李威良解釋道：「這是由於自然氣膠的顆粒通常較大（通常大於10微米），人為氣膠大多小於1微米。因此，在相同的重量下，顆粒小意味著總數較多，具有較大的表面積，因此平均的反射量會比較大。此外，在人為氣膠中的硫酸鹽、硝酸鹽反射率非常高，大概可以到99%，產生不少反射量。」
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<h2>氣膠這麼小，我們是如何量測的？</h2>
儘管氣膠非常微小，且分布在空氣中，但是由於它具有質量，且會反射光，我們便可以利用這些特性，來量測大氣中的氣膠。我們可以將空氣抽入一個小盒子中，藉由雷射光觀察微粒的反射，便能推算空間中有多少微粒；也可以不同大小粒子在氣體中運動的差異篩選粒子，再以濾紙蒐集一段時間後，用精密秤重儀器對濾紙進行測量，便能測得不同粒徑的的粒子有多少數量。這類方法準確度很高，但是缺點也十分明顯：沒有辦法獲取大範圍的資訊、且只能蒐集到地表的資料。為了獲取更多的氣膠分布資訊，我們也可以將雷射光從地面往上發射，或由衛星向下發射，藉由觀測被反射的雷射光回到接收器的時間與強度，便能夠獲得氣膠在垂直空間中的分布資訊。
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除了主動使用雷射光當作光源，我們也可以被動的利用太陽光來量測，利用理論模型推知乾淨的大氣中，會有多少太陽光可以抵達地面。將這個數據，與實際量測到的太陽光做比較，減少的部分，便代表被空氣中的微粒反射掉了。藉由此種方法，我們就能推算出大範圍內的氣膠濃度變化。
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<h2>氣膠的變化趨勢</h2>
相較於全球平均氣溫在歷史上的變化，氣膠的歷史數據相對來說稀少許多。其中一個主要的原因是，全球氣溫可以透過如冰芯內部的空氣、植物的年輪、氧氣同位素等諸多方法，獲得歷史上的氣溫變化；但除了火山灰累積在地層中，其他氣膠來源比較難追溯到過往。因此，我們擁有的氣膠數量變化趨勢，大概就要開始於人類對氣膠進行觀測。不過人們對氣膠的觀測，也集中於特定種類。例如在1960、70年代，人們主要關注於導致酸雨的微粒成分；到近數十年，了解到微小顆粒可能被吸入肺部，因此開始記錄PM10、PM2.5等數據。此外，氣膠的空間分布變化比較大，也使得它的平均濃度較難推測。
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關於過去的氣膠變化趨勢，李威良副研究員提到，「從衛星時代以來，大約30、40年間，我們透過直接觀測發現，從全球的角度來說，氣膠的濃度逐漸增加，也發現氣膠反射陽光的量有上升的趨勢。」不過隨著各國對於空汙議題的重視逐漸增加，不同地區之間的氣膠變化趨勢不盡相同。臺灣大學大氣科學系陳正平教授表示，「以臺灣來說，從資料上看起來，人為氣膠的排放量是蠻顯著地在下降。所以我們的環保政策，其實是有起到功效。當然，不同地區會因為當地的經濟活動、天氣狀態不同，而使下降速度有差別。」儘管氣膠因為對空氣品質有負面的效應，而受到各國政府的監管。但有趣的是，氣膠卻可以減緩全球暖化的速度。
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<h2>氣膠怎麼影響氣候？</h2>
氣膠對於氣候的影響，可以分為直接效應與間接效應。直接效應是指氣膠反射太陽光，使地表所吸收到的能量下降；而間接效應，則是指氣膠藉由雲來影響氣候：在雲的形成過程中，除了水氣需要達到一定量以外，使水蒸氣可以吸附形成小水滴的「凝結核」也是不可或缺的條件。氣膠便可以扮演凝結核的角色，使得水分凝結在氣膠微粒上，逐漸成雲，進而反射陽光，使得地表受到的太陽輻射降低。此外，在一個空氣很乾淨的區域，當有一個凝結核出現時，所有的水氣都會以它為核心開始成長，很快就能形成一個大水滴，而發生降雨；但在空氣比較髒的環境（例如氣膠濃度較高），由於凝結核比較多，凝結過程會多點開花。如此一來形成的雨滴平均會比較小，在空氣中待的時間也會較久，反射陽光的作用會持續更長，反光的面積也比較大。
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以目前對太陽輻射的影響來說，氣膠大約可以抵消四分之一溫室氣體對氣溫的影響。基於這個機制，便有人們提出是否可以藉由人為施放氣膠，來減少地表的輻射量，進而抑制全球暖化呢？陳正平老師表示，「利用氣膠降低溫度的概念在十幾年前被提出來時，受到許多人批評，畢竟就是因為人類活動造成溫度上升，現在還要再用人類活動去再次改變環境？但後來人們開始思考，如果溫室氣體到最後無法減量，應該還要容許有其他的應變方案。目前認為最有效的方法，是將氣膠放在平流層裡面（氣膠可以存活較久，而不像在對流層中，氣膠容易隨著降雨落至地表）。不過這種研究目前主要還在電腦模擬的階段，大規模的行動還未施行。主要是因為我們對於氣膠的副作用還不是很了解，氣膠能存活愈久也意味著我們愈難清除。」
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既然氣膠對於雲的凝結有重大影響，那我們很自然的可以問一個問題：「氣膠是否也會影響降雨呢？」
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<h2>氣膠與降雨</h2>
近年來研究重心在氣膠對降雨機制影響的陳正平教授說明，氣膠對於降雨的影響，其實機制非常複雜。首先，它與雲的種類有關。如果雲裡面沒有冰，都是水，那氣膠會減少降雨。這是因為雲裡面的水粒子會變小，彼此之間不太會碰撞變成大水滴，如此一來使得成雲的效率下降；但如果雲的對流比較強，會發展到比較高的地方，那最新研究顯示會增加降水。大致上來說，這是因為當雨下不下來時，會有比較多的水氣被帶到高空，並形成冰晶。水變成冰的過程會釋放出潛熱，進而增強對流。而且冰晶通常比液態水更有效率形成降水，因此在這種情況，氣膠反而會增加降水。不過這個效應也會跟雲的生命周期有關，冰的作用比較停滯後，如果雲的生命期很短，增加降水的效果可能就不太明顯。所以較難給出一個明確結論，要視討論的是哪種雲系統，討論的時間尺度又有多長。
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目前根據國際上的統計數據，可以觀察到氣膠會使對流性的降水，出現最強降水增強以及降水時間稍微延後的特徵。但如果要討論氣膠對於臺灣降雨的影響，就更加困難。因為臺灣其中一個重要降雨來源是颱風，目前光是颱風本身的動力模擬，都仍尚未完全掌握，要評估氣膠對颱風降水的影響就更難評估。
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如果我們將氣膠的效應放入氣象預報系統，目前從國際上初步的結論看起來，是否有納入氣膠的差異是蠻明顯的。但由於會大幅增加運算的時間，因此目前的預報模式中，絕大多數都不包含氣膠的效應在其中。
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<h2>氣膠相關規範</h2>
溫室氣體對全球氣候有明顯的效應，且影響範圍遍及全球，因此有許多國際約定，一同規範溫室氣體的排放。相較之下，對於氣膠的管制，目前大多還是區域性為主。這主要因為氣膠相關的規範，是出自於健康的考量而非氣候，每個國家所關注的重點略有不同，例如有的地方關注酸雨、有的地方關注空汙等。此外，目前氣膠對人體健康的影響，還沒有非常透徹的研究，目前比較多的資料是藉由統計分析，研究居民健康狀況與氣膠濃度的關聯性，發現大量氣膠的確會造成健康危害。但是究竟是裡面的重金屬、硫酸、硝酸抑或是其他物質會對人體造成危害，目前在病理學上還沒有非常透澈的了解。
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氣膠由於其顆粒微小、種類複雜，我們目前對它的認知還十分有限，但隨著各式研究的進行，它在健康、天氣、氣候等諸多領域，都展現出不可忽略的重要性。更細節的作用機制，仍等待著我們繼續鑽研。
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（客座總編輯｜中研院環境變遷研究中心特聘研究員 許晃雄教授；研究顧問團隊｜國家災害防救科技中心 陳永明組長、國立臺灣大學國家發展研究所 周桂田教授、國泰金控 程淑芬投資長、行政院能源及減碳辦公室 林子倫教授；責任編輯｜梁孟娟、趙守予）

氣膠的各種來源。圖片來源：Brookhaven National Laboratory

2000-2010年地球表面氣膠平均分布。資料來自於NASA發射之Terra衛星，藉由量測地球在各方向上，不同光譜的太陽輻射強度，我們得以推算不同地區的氣膠濃度。圖片來源：NASA-Earth Observatory