大氣顆粒物演化的自組織臨界性理論

目錄
第1章 緒論 1
1.1 我國大氣污染概述 1
1.2 復雜性科學概述 5
1.2.1 復雜性科學的概念 5
1.2.2 復雜系統(tǒng)的特征 7
1.2.3 大氣顆粒物演化的復雜性 9
第2章 自組織臨界性理論概述 12
2.1 自然界中的冪律分布 12
2.1.1 復雜系統(tǒng)的非線性涌現(xiàn) 12
2.1.2 冪律分布的發(fā)展歷程 14
2.2 自組織臨界性的概念 18
2.3 自然與社會系統(tǒng)中的自組織臨界性現(xiàn)象 20
2.3.1 地震 20
2.3.2 生物進化 22
2.3.3 森林火災 23
2.3.4 山地災害 23
2.3.5 自然界其他自組織臨界性現(xiàn)象 24
2.3.6 人類行為中的自組織臨界性現(xiàn)象 26
2.4 沙堆模型 27
2.4.1 沙堆思想 27
2.4.2 BTW模型 29
2.4.3 Manna模型 31
2.4.4 森林火災模型 32
2.4.5 OFC模型 32
2.4.6 Zhang模型 33
2.5 自組織臨界性實驗 33
第3章 大氣顆粒物演化的非線性特征 39
3.1 引言 39
3.2 研究方法 39
3.2.1 集合經(jīng)驗模態(tài)分解方法 39
3.2.2 混沌動力學 40
3.3 結(jié)果與分析 42
3.3.1 PM2.5時間序列的集合經(jīng)驗模態(tài)分解 42
3.3.2 PM2.5時間演化的混沌特征 53
第4章 大氣顆粒物演化的分形特征 59
4.1 引言 59
4.2 研究方法 59
4.2.1 去趨勢波動分析法 59
4.2.2 多重分形消除趨勢波動分析法 60
4.2.3 去趨勢互相關分析法 61
4.2.4 多重分形去趨勢互相關分析法 61
4.3 結(jié)果與分析 62
4.3.1 新冠疫情期間區(qū)域大氣高污染發(fā)生的分形特征 62
4.3.2 PM2.5多尺度演化的EEMD和多重分形分析 70
4.3.3 在多時間尺度上O3與PM2.5/PM10的多重分形特征及其環(huán)境意義 78
第5章 大氣顆粒物演化的自組織臨界性模擬 89
5.1 大氣污染演化與物理沙堆模型的相似性分析 89
5.2 衰減性質(zhì)沙堆系統(tǒng)SOC行為的實驗驗證 91
5.2.1 思路借鑒 91
5.2.2 PM2.5演化與溫控水崩塌實驗的類比關系 92
5.2.3 溫控水崩塌實驗 93
5.3 城市大氣污染的數(shù)值沙堆模型 97
5.3.1 城市大氣污染的強度與頻度關系 98
5.3.2 數(shù)值沙堆模型的構(gòu)建 99
5.3.3 分析結(jié)果 101
5.4 重度灰霾期間大氣PM2.5的自組織臨界性特征 105
5.4.1 研究數(shù)據(jù) 105
5.4.2 PM2.5污染濃度波動的頻度統(tǒng)計分布 105
5.4.3 PM2.5的DFA分析結(jié)果 106
5.4.4 基于SOC理論的大氣PM2.5數(shù)值沙堆模型 107
5.5 大氣PM10跨界輸送的自組織動力機制 112
5.5.1 研究數(shù)據(jù) 112
5.5.2 PM10污染濃度頻率統(tǒng)計分布 113
5.5.3 基于SOC理論的大氣PM10跨境輸送模型 113
5.5.4 模擬結(jié)果 116
5.5.5 討論 118
5.6 沙粒衰減機制對SOC行為影響機理的理論分析 119
5.6.1 衰減沙堆模型的構(gòu)建 119
5.6.2 有限尺寸的衰減沙堆模型 120
5.6.3 模擬結(jié)果 123
第6章 自組織臨界性框架下大氣復合污染防控 125
6.1 引言 125
6.2 數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動的城市PM2.5和O3協(xié)同控制能力評價指標 126
6.2.1 研究數(shù)據(jù) 126
6.2.2 多重分形參量指數(shù)的構(gòu)造 126
6.2.3 的時間變異性動力學 128
6.2.4 的月變化模式 129
6.2.5 的演化趨勢 130
6.2.6 討論 130
6.3 PM2.5和O3的非線性動態(tài)預測模型 132
6.3.1 研究數(shù)據(jù) 132
6.3.2 研究方法 132
6.3.3 分析數(shù)據(jù) 135
參考文獻 147
附圖 167