成都市一次重度灰霾期间大气PM2.5的自组织临界特性

摘要：

2013年1-2月期间,四川省成都市出现大范围、长时间、高浓度的严重霾污染.本文运用频度统计分析和消除趋势波动分析方法,研究了成都市2013年1月25日-2月7日一次典型重度灰霾期间8个监测站点(草堂寺、人民公园、梁家巷、金泉两河、十里店、沙河铺、三瓦窑、灵岩寺)大气PM2.5小时平均浓度序列的时空演化规律.结果表明,各站点大气PM2.5的浓度波动并非随机,而在统计上服从典型的负幂律分布,同时均表现出很强的长期持续性特征.这些特征刻画了灰霾期间大气PM2.5浓度波动的宏观特征.将PM2.5浓度演化与沙堆崩塌进行类比,发现大气PM25演化具有自组织临界性复杂系统的基本特征.进一步根据自组织临界(SOC)理论,建立了大气PM2.5数值沙堆模型,模型算法考虑了此次灰霾期间成都市的气象因素和PM2.5的迁移扩散机制.通过对该模型的数值模拟,能够定量阐明此次重度灰霾期间成都市各监测站点大气PM2.5浓度时空波动宏观统计规律的产生根源.同时,深入讨论了该模型的自组织临界特征.模拟结果和实际结果的高度一致表明该模型真正阐明了导致PM2.5浓度时空波动的重要动力机制.SOC内禀机制是控制此次成都市灰霾期间大气PM2.5浓度演化的主要机制之一.本研究可为灰霾期间PM2.5的演化动力学提供新的研究方法.

关键词：灰霾、PM2.5、幂律分布、长期持续性、自组织临界

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分类号：X513(大气污染及其防治)

资助基金：国家自然科学基金No.41105118;湖南省教育厅科学研究青年项目No.13B089;湖南省自然科学基金青年人才培养联合基金No.13JJB012 Supported by the National Natural Science Foundation of China No.41105118,the Scientific Research Fund of Hunan Provincial Education DepartmentNo.13B089 and the Natural Science Foundation of Hunan ProvinceNo.13JJB012

在线出版日期：2014-10-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：2645-2653