●章 緒論 1 1.1 大氣污染概述 1 1.2 復雜性科學 2 1.2.1 什麼是復雜性 2 1.2.2 復雜繫統 3 1.3 復雜性理論框架下的大氣污染研究 4 1.3.1 大氣污染的復雜性特征 4 1.3.2 大氣污染復雜巨繫統 5 1.3.3 大氣污染復雜繫統的研究途徑 6 第2章 分形理論概述 8 2.1 分形概念的提出 8 2.1.1 海岸線的長度問題 8 2.1.2 Koch曲線 11 2.1.3 其他重要的分形結構 12 2.1.4 分形的定義 17 2.2 分形維數 17 2.2.1 Hausdorff維數 17 2.2.2 規則分形的分維計算 19 2.2.3 計盒維數 20 2.3 多重分形的概念 22 第3章 時間序列的分形方法 26 3.1 時間序列與Hurst效應 26 3.1.1 時間序列 26 3.1.2 Hurst效應 27 3.2 R/S分析與長期持續性 27 3.3 功率譜與1/f噪聲 29 3.4 計盒維數 30 3.5 多重分形計盒維數 31 3.6 消除趨勢波動分析（DFA）方法 33 3.7 多重分形消除趨勢波動分析（MFDFA）方法 34 3.8 去趨勢互相關分析（DCCA）方法 36 3.9 多重分形去趨勢互相關分析（MFDCCA）方法 37 3.10 去趨勢耦合相關分析（CDFA）方法 39 第4章 城市大氣環境的非線性特征與非平穩性 42 4.1 數據說明 42 4.2 數據的非線性特征分析 47 4.2.1 研究數據 47 4.2.2 正態性檢驗 49 4.2.3 統計量檢驗 50 4.2.4 非平穩性檢驗 52 第5章 城市大氣污染演化的長期持續特征 54 5.1 城市空氣質量狀況的分形結構分析 54 5.1.1 研究數據與方法 54 5.1.2 研究結果與討論 55 5.1.3 研究結論 59 5.2 城市空氣質量狀況的長期持續性分析 59 5.2.1 研究數據和方法 60 5.2.2 研究結果和討論 60 5.2.3 研究結論 68 5.3 重度灰霾期間PM10演化的分形特征及DFA 分析 69 5.3.1 研究數據與方法 70 5.3.2 研究結果與討論 70 5.3.3 研究結論 77 5.4 重度灰霾期間NO2演化長期持續性特征的空間穩定性 77 5.4.1 研究數據和方法 78 5.4.2 研究結果與討論 79 5.4.3 研究結論 81 5.5 灰霾消散前後PM2.5 演化長期持續性特征的時間穩定性 82 5.5.1 研究數據和方法 82 5.5.2 研究結果與討論 84 5.5.3 研究結論 88 第6章 DCCA方法在大氣環境中的應用 89 6.1 夏季陰雨天和晴天O3與NO2相互作用的時間尺度差異性分析 89 6.1.1 研究數據與方法 90 6.1.2 研究結果與討論 91 6.1.3 研究結論 96 6.2 夏季和鼕季近地層O3與NO2的長期互相關作用差異性分析 97 6.2.1 研究數據和方法 97 6.2.2 研究結果與討論 98 6.2.3 研究結論 101 6.3 基於DCCA方法的成都市市區與周邊城鎮大氣污染長程相關性分析 102 6.3.1 研究數據和方法 102 6.3.2 研究結果與討論 103 6.3.3 研究結論 107 6.4 大氣環境中PM10對大氣輻射環境的影響 107 6.4.1 研究數據和方法 108 6.4.2 研究結果與討論 109 6.4.3 研究結論 112 6.5 大氣中長期二英濃度變化與溫度、降水和PM10的相關性 112 6.5.1 研究數據和方法 113 6.5.2 研究結果與討論 114 6.5.3 研究結論 116 6.6 城市尺度上交通擁堵與大氣NO2污染的關繫研究 116 6.6.1 研究數據與方法 117 6.6.2 研究結果與討論 120 6.6.3 研究結論 123 第7章 城市大氣污染演化的多重分形特征 125 7.1 城市空氣質量變化的多重分形分析 125 7.1.1 研究數據和方法 125 7.1.2 研究結果與討論 126 7.1.3 研究結論 132 7.2 灰霾消散前後PM10濃度大幅波動的多重分形分析 132 7.2.1 研究數據與方法 133 7.2.2 研究結果與討論 134 7.2.3 研究結論 138 7.3 城市大氣污染物時間演變分形動力學 138 7.3.1 研究數據和方法 139 7.3.2 研究結果與討論 140 7.4 近地層O3和NO、NO2相互作用的多重分形分析 152 7.4.1 研究數據和方法 153 7.4.2 研究結果與討論 153 7.4.3 研究結論 157 7.5 O3與前體物耦合作用的CDFA分析 158 7.5.1 研究數據和方法 159 7.5.2 研究結果與討論 161 7.5.3 研究結論 165 參考文獻 167 後記 175
內容簡介
中國城市大氣污染近年來明顯加重,已受到學術界以及媒體、公眾的廣泛關注。大氣污染的時空演變也表現出復雜的非線性特征。本書主要介紹了分形理論概述、時間序列的分形方法、城市大氣環境的非線性特征與非平穩性、城市大氣污染演化的長期持續特征、DCCA 方法在大氣環境中的應用、城市大氣污染演化的多重分形特征等內容。 本書充分體現了非線性科學與大氣污染研究的交叉融合,具有突出的學術特色和科學價值。全書結構嚴謹,數據翔實,從復雜性科學的角度為研究城市嚴重空氣污染形成及演化動態提供新的研究思路和研究方法。 本書不僅可供環境科學與工程、空氣污染防治等環保領域內的科研人員、技術人員和管理人員閱讀,還可供高等學校環境科學與工程、化學、化工和能源等相關專業的師生參閱。
