1.3　復(fù)雜性理論框架下的大氣污染研究

1.3.1　大氣污染的復(fù)雜性特征

空氣污染在空間上既具有普遍性，又具有區(qū)域性，在時間上既表現(xiàn)無序的非穩(wěn)定性，又存在有序的節(jié)律性和周期性。相關(guān)研究表明，空氣污染具有非線性、不均勻性與差異性、多樣性、隨機(jī)性與可預(yù)測性、突變性與規(guī)律性、動態(tài)性、開放性等復(fù)雜性的特點(diǎn)。

（1）非線性

線性在坐標(biāo)軸上呈現(xiàn)一條直線；非線性是指用同樣的方法描述一個復(fù)雜系統(tǒng)，其圖像會是一條曲線。大氣系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的信息交流系統(tǒng)，污染物排入后其諸要素之間除了一個相互作用、互為因果的協(xié)同效應(yīng)的邏輯確定性關(guān)系（線性關(guān)系）外，還存在一種人們無法根據(jù)現(xiàn)存原則對其進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確地描述和揭示其中必然的因果關(guān)系的非線性關(guān)系。非線性系統(tǒng)不滿足疊加原理，整體作用大于部分作用之和?？諝馕廴鞠到y(tǒng)存在線性關(guān)系，但更多的是非線性關(guān)系。例如，突發(fā)性污染事故將導(dǎo)致極大的污染指數(shù)，但并不是所有極大污染指數(shù)都是由突發(fā)性污染事故造成，由此可見，污染指數(shù)的大小并非都是由當(dāng)日排放的污染物量所引起，它們之間并不呈現(xiàn)清晰的因果線性關(guān)系。如果研究者試圖用一種簡單化、線性、確定的范式對空氣污染進(jìn)行描述，最終將不會得出理想的結(jié)論。

（2）不均勻性與差異性

空氣污染的不均勻性和差異性，不僅表現(xiàn)在空間分布方面，還表現(xiàn)在時間分布上。例如：在中國，由于北方重工業(yè)比較發(fā)達(dá)，因此其空氣污染較南方嚴(yán)重。由于空氣系統(tǒng)受氣象的影響，具有明顯的季節(jié)變化，從而空氣污染在時間分布上表現(xiàn)了顯著的差異性和不均勻性特點(diǎn)。

（3）多樣性

一般而言，無論是自然復(fù)雜系統(tǒng)，還是生物系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等的整體行為都具有多樣性，這種多樣性一方面是由于構(gòu)成系統(tǒng)的各組成因素之間的相互作用；另一方面也包括各組成因素與環(huán)境之間的相互作用。相互作用的多樣性導(dǎo)致了系統(tǒng)總體行為的多樣性。系統(tǒng)性能的多樣性決定了系統(tǒng)功能的多樣性。由于自然環(huán)境差異極大，影響空氣污染的各種自然條件，如氣象、下墊面等，及社會條件不同，如主要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，采取的環(huán)保政策等不同，空氣污染具有多樣性。

（4）隨機(jī)性與可預(yù)測性

空氣污染的隨機(jī)性源于空氣污染的多樣性、差異性及模糊性。由于地形地貌、氣象、下墊面狀況的隨機(jī)性導(dǎo)致大氣系統(tǒng)中污染物的時間演變的不確定性。污染物排入大氣系統(tǒng)中，其遷移和轉(zhuǎn)化的過程與各種氣象因素有關(guān)，如氣溫、氣壓、逆溫等因素，還與復(fù)雜的地形地貌有關(guān)，如平坦的地形有利于污染物的擴(kuò)散，而高山峽谷卻不利于污染物的擴(kuò)散。而這些氣象因素等是隨機(jī)的。因此，空氣污染的不確定性主要源于大氣系統(tǒng)的不確定性，而大氣系統(tǒng)的不確定性也包括兩個方面：氣象的不確定性和下墊面的不確定性。

空氣污染的可預(yù)測性是指空氣污染的發(fā)生、發(fā)展過程具有規(guī)律性，并且是可以預(yù)測的，只是由于人類目前對空氣污染演變特征與機(jī)制還不完全了解，不能準(zhǔn)確把握任意時刻、任意地區(qū)各種空氣污染的形成和發(fā)展過程，而某些或某一地區(qū)空氣污染的發(fā)生對人類而言具有隨機(jī)性?？諝馕廴镜碾S機(jī)性和可預(yù)測性是相對于人類的認(rèn)識水平而言的，如果人類的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一定水平，即對于各種空氣污染的機(jī)理和過程都徹底了解，則可以對各種空氣污染事件做出及時的預(yù)報。因此，為了實(shí)現(xiàn)對空氣污染的預(yù)報，必須深入開展對空氣污染機(jī)制和規(guī)律的研究。

（5）突變性和規(guī)律性

污染物的排放是造成空氣污染的直接原因。然而，為了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污染物的排放是不可避免的，具有相當(dāng)?shù)耐话l(fā)性。因此，空氣污染在一定程度上，在一定的時間尺度上，表現(xiàn)了突變性；另一方面，空氣污染也具有一定的規(guī)律性，從各大省市的監(jiān)測站所得數(shù)據(jù)顯示，一般而言，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相同的情況下，平原地區(qū)的空氣狀況較山區(qū)好。另外，在冬季空氣污染較夏季嚴(yán)重。因此，空氣污染不僅具有突變性，而且具有規(guī)律性。

（6）動態(tài)性

動態(tài)性是指系統(tǒng)不是靜止的，而是時時刻刻運(yùn)動著、發(fā)展著。例如，污染物排入大氣后，由于氣流的流動性，污染物在大氣系統(tǒng)中不是靜止不動的，而是隨氣流一起不斷向各個方向進(jìn)行遷移、擴(kuò)散的。且影響污染物的各種氣象因子也是在不斷變化著的，如氣溫、風(fēng)速、氣壓等。

（7）開放性

系統(tǒng)具有開放性是指系統(tǒng)本身與系統(tǒng)周圍的環(huán)境有物質(zhì)的交換、能量的交換、信息的交換。由于具有這些交換，所以是開放的。開放性能使系統(tǒng)的各組分之間以及系統(tǒng)本身與環(huán)境之間相互作用，并能不斷地向更好的適應(yīng)環(huán)境的方向發(fā)展變化。污染物作為大氣系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，和氣象、下墊面、人類活動等諸多方面有密切的聯(lián)系，使得空氣污染具有開放性。開放的系統(tǒng)，是無法控制的系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)內(nèi)部表現(xiàn)出復(fù)雜性，而且系統(tǒng)外部也表現(xiàn)出復(fù)雜性。任何一個因素的變化，甚至一個偶然的事件都有可能對空氣污染產(chǎn)生影響。