典型灰霾期间城市大气PM2.5演化的标度行为实证研究

针对成都市2014年1月22-31日的持续重度灰霾过程,运用频度统计分析、功率谱分析和去趋势波动分析方法,对成都市6个国控环境空气质量监测子站(草堂寺、金泉两河、梁家巷、人民公园、三瓦窑、灵岩寺)大气PM2.5小时平均浓度时间序列的标度行为(标度律)进行实证研究.结果显示,此次灰霾期间高浓度PM2.5的波动行为呈现明显的日用期循环规律,这与人类的生产生活具有密切关系.宏观上看,PM2.5浓度波动在统计上服从典型的负幂律分布规律,具有标度不变分形特征.同时,利用功率谱及去趋势波动分析发现,各监测子站PM2.5时间演化的DFA指数均在1左右,PM2.5演化呈现1/f噪声性质,表明灰霾期间高浓度PM2.5的动态演化过程表现出长程关联特性(或长期持续性),其波动关联特性在研究时段内呈现幂律分布的标度律.实证研究表明,此次灰霾期间成都市大气PM2.5时间演化呈现出自组织临界性(SOC)基本特征,高浓度PM2.5时间演化过程涌现出的长期持续性标度律很可能是由城市灰霾污染的SOC行为导致.该研究对深入认识灰霾天气大气PM2.5非线性演化的内在动力学机制具有一定启示意义.