1.3　复杂性理论框架下的大气污染研究

1.3.1　大气污染的复杂性特征

空气污染在空间上既具有普遍性，又具有区域性，在时间上既表现无序的非稳定性，又存在有序的节律性和周期性。相关研究表明，空气污染具有非线性、不均匀性与差异性、多样性、随机性与可预测性、突变性与规律性、动态性、开放性等复杂性的特点。

（1）非线性

线性在坐标轴上呈现一条直线；非线性是指用同样的方法描述一个复杂系统，其图像会是一条曲线。大气系统作为一个复杂的信息交流系统，污染物排入后其诸要素之间除了一个相互作用、互为因果的协同效应的逻辑确定性关系（线性关系）外，还存在一种人们无法根据现存原则对其进行客观、准确地描述和揭示其中必然的因果关系的非线性关系。非线性系统不满足叠加原理，整体作用大于部分作用之和。空气污染系统存在线性关系，但更多的是非线性关系。例如，突发性污染事故将导致极大的污染指数，但并不是所有极大污染指数都是由突发性污染事故造成，由此可见，污染指数的大小并非都是由当日排放的污染物量所引起，它们之间并不呈现清晰的因果线性关系。如果研究者试图用一种简单化、线性、确定的范式对空气污染进行描述，最终将不会得出理想的结论。

（2）不均匀性与差异性

空气污染的不均匀性和差异性，不仅表现在空间分布方面，还表现在时间分布上。例如：在中国，由于北方重工业比较发达，因此其空气污染较南方严重。由于空气系统受气象的影响，具有明显的季节变化，从而空气污染在时间分布上表现了显著的差异性和不均匀性特点。

（3）多样性

一般而言，无论是自然复杂系统，还是生物系统、经济系统等的整体行为都具有多样性，这种多样性一方面是由于构成系统的各组成因素之间的相互作用；另一方面也包括各组成因素与环境之间的相互作用。相互作用的多样性导致了系统总体行为的多样性。系统性能的多样性决定了系统功能的多样性。由于自然环境差异极大，影响空气污染的各种自然条件，如气象、下垫面等，及社会条件不同，如主要产业结构，采取的环保政策等不同，空气污染具有多样性。

（4）随机性与可预测性

空气污染的随机性源于空气污染的多样性、差异性及模糊性。由于地形地貌、气象、下垫面状况的随机性导致大气系统中污染物的时间演变的不确定性。污染物排入大气系统中，其迁移和转化的过程与各种气象因素有关，如气温、气压、逆温等因素，还与复杂的地形地貌有关，如平坦的地形有利于污染物的扩散，而高山峡谷却不利于污染物的扩散。而这些气象因素等是随机的。因此，空气污染的不确定性主要源于大气系统的不确定性，而大气系统的不确定性也包括两个方面：气象的不确定性和下垫面的不确定性。

空气污染的可预测性是指空气污染的发生、发展过程具有规律性，并且是可以预测的，只是由于人类目前对空气污染演变特征与机制还不完全了解，不能准确把握任意时刻、任意地区各种空气污染的形成和发展过程，而某些或某一地区空气污染的发生对人类而言具有随机性。空气污染的随机性和可预测性是相对于人类的认识水平而言的，如果人类的科学技术已经发展到了一定水平，即对于各种空气污染的机理和过程都彻底了解，则可以对各种空气污染事件做出及时的预报。因此，为了实现对空气污染的预报，必须深入开展对空气污染机制和规律的研究。

（5）突变性和规律性

污染物的排放是造成空气污染的直接原因。然而，为了经济的发展，污染物的排放是不可避免的，具有相当的突发性。因此，空气污染在一定程度上，在一定的时间尺度上，表现了突变性；另一方面，空气污染也具有一定的规律性，从各大省市的监测站所得数据显示，一般而言，在产业结构相同的情况下，平原地区的空气状况较山区好。另外，在冬季空气污染较夏季严重。因此，空气污染不仅具有突变性，而且具有规律性。

（6）动态性

动态性是指系统不是静止的，而是时时刻刻运动着、发展着。例如，污染物排入大气后，由于气流的流动性，污染物在大气系统中不是静止不动的，而是随气流一起不断向各个方向进行迁移、扩散的。且影响污染物的各种气象因子也是在不断变化着的，如气温、风速、气压等。

（7）开放性

系统具有开放性是指系统本身与系统周围的环境有物质的交换、能量的交换、信息的交换。由于具有这些交换，所以是开放的。开放性能使系统的各组分之间以及系统本身与环境之间相互作用，并能不断地向更好的适应环境的方向发展变化。污染物作为大气系统的一个子系统，和气象、下垫面、人类活动等诸多方面有密切的联系，使得空气污染具有开放性。开放的系统，是无法控制的系统，不仅系统内部表现出复杂性，而且系统外部也表现出复杂性。任何一个因素的变化，甚至一个偶然的事件都有可能对空气污染产生影响。