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干旱事件下PM_(2.5)和臭氧复合污染动力机制及其影响因素研究

2024-06-14分类号:X51

【作者】张娇   吴波   赵佩   王苑博
【部门】吉首大学数学与统计学院  中南财经政法大学统计与数学学院  
【摘要】以长株潭城市群3个城市(长沙、株洲和湘潭)干旱期间(2022年7月1日-12月31日)和非干旱期间(2020年和2021年同期) PM_(2.5)和O_(3)小时平均浓度序列为研究对象,探究干旱事件对PM_(2.5)-O_(3)复合污染演化的内在动力机制的影响及其影响因素。首先,对研究期间3个城市PM_(2.5)和O_(3)浓度的日变化模式进行分析,结果发现PM_(2.5)浓度均呈现出M型的日变化规律,但干旱期间PM_(2.5)浓度下降,且波峰和波谷时段发生显著变化。O_(3)浓度日变化均呈现出“昼高夜低”单峰型模式,干旱期间O_(3)浓度上升。接下来,应用多重分形去趋势互相关分析法(MF-DCCA)研究PM_(2.5)-O_(3)互相关性的多时间尺度特征。研究结果发现,各年各城市PM_(2.5) -O_(3 )互相关关系均呈现出显著地长期持续性特征和多重分形结构,且干旱期间各城市长期持续性指数均降低,多重分形强度增强。进而,应用滑移窗口方法、MF-DCCA以及格兰杰因果检验方法分析PM_(2.5)-O_(3)互相关长期持续性特征演化规律及其影响因素。结果发现,干旱期间各城市PM_(2.5)-O_(3)互相关的长期持续性演化的影响因素主要是气压,而非干旱期间的影响因素主要是气温和风速。最后,基于自组织临界理论(SOC)探讨非干旱期间和干旱期间PM_(2.5)-O_(3)互相关关系的内在动力机制。结果发现,长期持续性特征主要受SOC机制所主导,即SOC机制是驱动PM_(2.5)-O_(3)复合污染演化的主要非线性动力机制,但干旱事件使得主要影响因素由气温和风速变成气压。文章拓展了复合污染的内在动力机制的相关研究,为我国深入推进全球变暖背景下复合污染防控提供了新的启示。
【关键词】日变化模式  长期持续性特征  多重分形结构  格兰杰因果检验  自组织临界理论
【基金】湖南省教育厅资助科学研究项目(22C0275,22C0274,22A0355);; 湖南省自科项目(2023JJ30485);; 国家自然科学基金地区项目(12361053)
【所属期刊栏目】长江流域资源与环境
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