本文將大氣酸沉降現(xiàn)象理解為開放、耗散的大氣巨系統(tǒng)在人為污染脅迫下的復雜行為,以理論分析、實際監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和計算機模擬相結(jié)合,研究了大氣酸沉降復雜性的表現(xiàn)形式及其數(shù)值特征與大氣污染的關(guān)系；探討了復雜性數(shù)值特征與現(xiàn)行常規(guī)統(tǒng)計參數(shù)的聯(lián)系,從而建立了復雜性特征與統(tǒng)計特征之間的定量關(guān)系；并基于自組織臨界性理論研究了大氣酸沉降復雜性產(chǎn)生的機理,建立了具有簡明物理意義并能反映酸沉降復雜性特征的元胞自動機模型。其主要結(jié)果如下： (1)降水中自由H+、NO3-與SO42-離子沉降序列的復雜度均處于白噪聲信號與混沌信號復雜度之間,且更接近于混沌信號,說明酸沉降序列中同時存在確定性與隨機性；與NO3-與SO42-離子相比,H+離子沉降序列的確定性較高；H+沉降序列的復雜度隨年均H+沉降量增加而增加,二者呈對數(shù)線性關(guān)系；酸沉降量越大的地區(qū),其酸沉降序列的復雜度越大,越接近于隨機行為；酸沉降量越小的地區(qū),其酸沉降序列的復雜度越小,越接近于混沌行為。 (2)H+、NO3-及SO42-離子濃度或沉降量的概率分布呈“雙冪律”分布,具有標度不變性；現(xiàn)行環(huán)境統(tǒng)計中按降水量加權(quán)平均計算降水pH值的方法,掩蓋了這一事實并低估了降水酸度,認為用臨界pH值來描述區(qū)域降水酸度特性更為合理；此外,酸雨或非酸雨持續(xù)時間、H+沉降量的標準差σ與平均值Xm、連續(xù)的降水事件之間酸沉降的變化率、降水量對降水酸度及沉降量的影響均呈冪律關(guān)系；建立的數(shù)學模型均反映了以上冪律關(guān)系。 (3)H+沉降量序列波動類似于1/fβ噪聲的自仿射分形過程,具有自相似性和長程相關(guān)性,且標度行為在1個月—5年的時間區(qū)間內(nèi)均成立；NO3-和SO42-沉降量的變化趨勢基本與H+一致,表明導致酸沉降的相關(guān)因子可能遵從相同的演化規(guī)則；酸沉降的長程相關(guān)性可能與長期氣象過程及大氣自組織臨界性有關(guān)。 (4)酸沉降量序列具有多重分形特征,由不同局域條件或由漲落引起的參量波動導致酸沉降標度行為的變化,其非勻稱性和各向異性需要采用多重分形描述；酸沉降多重分形特性是由酸沉降演變過程中的長程相關(guān)性和冪律分布共同作用的結(jié)果；其多重分形譜f(α)-α曲線跨度具有隨平均pH值的增加而增加、隨平均沉降量增大而減小的趨勢；年均pH值越小的地區(qū),其酸沉降序列的f(α)-α曲線跨度越小,越接近于隨機行為。 (5)大氣酸沉降系統(tǒng)具有混沌系統(tǒng)的基本特征,多種方法均證實并相互印證了大氣酸沉降的混沌現(xiàn)象；酸沉降時間序列的變化同時具有確定性和隨機性,且自由H+沉降量的確定性遠大于NO3-和SO42-沉降量的確定性；隨自由H+沉降量年均值的增加,其沉降量序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)隨鑲?cè)刖S數(shù)的變化曲線越來越接近于隨機白噪聲,即飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)隨沉降量年均值的增加而增加,或隨pH年均值的降低而增加,其隨機性增加,而確定性減小；并且飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)與沉降量年均值呈對數(shù)線性關(guān)系,與pH年均值呈線性關(guān)系。 (6)認為自組織臨界性是酸沉降形成與演化內(nèi)在機制之一,其冪律分布、長程相關(guān)性、分形與多重分形以及混沌等特性,都是自組織臨界性的具體外在表現(xiàn)形式；標度指數(shù)α、β、γ及臨界尺度Xc、nc刻劃了酸沉降自組織過程的宏觀數(shù)值特征,并反映了大氣環(huán)境特征對酸沉降復雜性特征的影響。 (7)以酸沉降形成的主要物理、化學機制作為局部相互作用規(guī)則,建立了具有簡明物理意義并能反映其復雜性特征的大氣酸沉降元胞自動機模型(ACA)；該模型基本重現(xiàn)了大氣酸沉降復雜性的主要特征,特別是從機理上解釋并重現(xiàn)了大氣污染對大氣酸沉降復雜性的影響；此外,ACA模型的基本思路與方法可能對于構(gòu)建多組分、多變量復雜系統(tǒng)的元胞自動機具有一定參考意義。
【學位單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：X51
【部分圖文】：

Fig.3.9SeatterPlotofPower-lowexPonent(尹，and尹 2)valuesofWHDseriesofallthe184sites againsttheirmeanWHD瓜 .ThesolidlinesresPectivelyindieatethemeansof夕，and夕2圖3.9顯示了184個測站的自由H+沉降量wHD概率分布的冪指數(shù)。了及為)及其對應平均H+沉降量瓜.的關(guān)系�？梢钥闯觯瑈，幾乎穩(wěn)定于一個常數(shù)(平均值0.48，標準差0.08)，而y:值的變化相對較大(平均值1.34，標準差0.46)，這可能是因當X多弋時數(shù)據(jù)點較少而導致擬合誤差所致。然而，很難說冪律指數(shù)隨瓜的變化有任何明顯的變化趨勢。這意味著平均H+沉降量瓜具有巨大差異的WHD時間序列

Fig.4.7SeatterPlotofavaluesofWHDandWHDPseriesofallsitesagainsttheirmeanWHD. ThesolidlinesresPeetivelyindieatethemeansofazandaZ.A，WHD.B.WHDP圖4.7顯示了WHD/WHDP序列a指數(shù)的分布隨相應WHD/WHDP均值的變化�？梢哉J為，統(tǒng)計意義上，a指數(shù)與WHD/WHDP的均值是相互獨立的，因為它們之間沒有表現(xiàn)出任何明顯的相關(guān)性。并且a值與pH的加權(quán)平均值以及年度降水量之間也無明顯相關(guān)性。然而如果將所有測站按其所在地理位置分為兩組，即沿海組與內(nèi)陸組，我們發(fā)現(xiàn)沿海組的a，明顯大于內(nèi)陸組(表4.1)。沿海地區(qū)的酸沉降時間持續(xù)性比內(nèi)陸地區(qū)更強。這一結(jié)果與Eichner等(2002)對氣溫的研究結(jié)果一致[，20]。

博士學位論文6.12分別顯示了測站c000wHD、No3一和50426.1顯示了其定量分析結(jié)果�？梢钥吹�:①三種主對角線平行方向，存在眾多短小的線段，說明存在方塊狀結(jié)構(gòu)，說明序列中的數(shù)據(jù)具有一定的叢單個分散的點，說明序列具有隨機性;⑤wHD序段平均長度L以及最大線段長度Lma、均遠大于N的確定性比No3一和5042一序列要大得多，而No序列要大得多。這一結(jié)論與本文2一5章及本章關(guān)。
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本文編號：2837047