1.3　復雜性理論框架下的大氣污染研究

1.3.1　大氣污染的復雜性特征

空氣污染在空間上既具有普遍性，又具有區域性，在時間上既表現無序的非穩定性，又存在有序的節律性和周期性。相關研究表明，空氣污染具有非線性、不均勻性與差異性、多樣性、隨機性與可預測性、突變性與規律性、動態性、開放性等復雜性的特點。

（1）非線性

線性在坐標軸上呈現一條直線；非線性是指用同樣的方法描述一個復雜系統，其圖像會是一條曲線。大氣系統作為一個復雜的信息交流系統，污染物排入后其諸要素之間除了一個相互作用、互為因果的協同效應的邏輯確定性關系（線性關系）外，還存在一種人們無法根據現存原則對其進行客觀、準確地描述和揭示其中必然的因果關系的非線性關系。非線性系統不滿足疊加原理，整體作用大于部分作用之和。空氣污染系統存在線性關系，但更多的是非線性關系。例如，突發性污染事故將導致極大的污染指數，但并不是所有極大污染指數都是由突發性污染事故造成，由此可見，污染指數的大小并非都是由當日排放的污染物量所引起，它們之間并不呈現清晰的因果線性關系。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行描述，最終將不會得出理想的結論。

（2）不均勻性與差異性

空氣污染的不均勻性和差異性，不僅表現在空間分布方面，還表現在時間分布上。例如：在中國，由于北方重工業比較發達，因此其空氣污染較南方嚴重。由于空氣系統受氣象的影響，具有明顯的季節變化，從而空氣污染在時間分布上表現了顯著的差異性和不均勻性特點。

（3）多樣性

一般而言，無論是自然復雜系統，還是生物系統、經濟系統等的整體行為都具有多樣性，這種多樣性一方面是由于構成系統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境之間的相互作用。相互作用的多樣性導致了系統總體行為的多樣性。系統性能的多樣性決定了系統功能的多樣性。由于自然環境差異極大，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，如主要產業結構，采取的環保政策等不同，空氣污染具有多樣性。

（4）隨機性與可預測性

空氣污染的隨機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、下墊面狀況的隨機性導致大氣系統中污染物的時間演變的不確定性。污染物排入大氣系統中，其遷移和轉化的過程與各種氣象因素有關，如氣溫、氣壓、逆溫等因素，還與復雜的地形地貌有關，如平坦的地形有利于污染物的擴散，而高山峽谷卻不利于污染物的擴散。而這些氣象因素等是隨機的。因此，空氣污染的不確定性主要源于大氣系統的不確定性，而大氣系統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。

空氣污染的可預測性是指空氣污染的發生、發展過程具有規律性，并且是可以預測的，只是由于人類目前對空氣污染演變特征與機制還不完全了解，不能準確把握任意時刻、任意地區各種空氣污染的形成和發展過程，而某些或某一地區空氣污染的發生對人類而言具有隨機性。空氣污染的隨機性和可預測性是相對于人類的認識水平而言的，如果人類的科學技術已經發展到了一定水平，即對于各種空氣污染的機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報。因此，為了實現對空氣污染的預報，必須深入開展對空氣污染機制和規律的研究。

（5）突變性和規律性

污染物的排放是造成空氣污染的直接原因。然而，為了經濟的發展，污染物的排放是不可避免的，具有相當的突發性。因此，空氣污染在一定程度上，在一定的時間尺度上，表現了突變性；另一方面，空氣污染也具有一定的規律性，從各大省市的監測站所得數據顯示，一般而言，在產業結構相同的情況下，平原地區的空氣狀況較山區好。另外，在冬季空氣污染較夏季嚴重。因此，空氣污染不僅具有突變性，而且具有規律性。

（6）動態性

動態性是指系統不是靜止的，而是時時刻刻運動著、發展著。例如，污染物排入大氣后，由于氣流的流動性，污染物在大氣系統中不是靜止不動的，而是隨氣流一起不斷向各個方向進行遷移、擴散的。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、風速、氣壓等。

（7）開放性

系統具有開放性是指系統本身與系統周圍的環境有物質的交換、能量的交換、信息的交換。由于具有這些交換，所以是開放的。開放性能使系統的各組分之間以及系統本身與環境之間相互作用，并能不斷地向更好的適應環境的方向發展變化。污染物作為大氣系統的一個子系統，和氣象、下墊面、人類活動等諸多方面有密切的聯系，使得空氣污染具有開放性。開放的系統，是無法控制的系統，不僅系統內部表現出復雜性，而且系統外部也表現出復雜性。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生影響。