露天生物质燃烧对地面PM2.5浓度的影响评估

利用MODIS火点、土地类型、植被覆盖、生物质载荷和排放因子等数据产品,开发了露天生物质燃烧排放模型,并将其嵌入空气质量模式WRF-CUACE,通过敏感性试验定量评估了露天生物质燃烧对中国地面PM2.5浓度的影响。研究设计了3种模拟方案,比较模式评估结果发现修订后的方案能更好地模拟PM2.5浓度。结果表明:2014年10月露天生物质燃烧主要集中在我国东北、华南和西南地区,其对PM2.5月平均浓度的贡献达30~60μg·m^-3,局地甚至超过100μg·m^-3;华北、华东和华南地区生物质燃烧对PM2.5月平均浓度的贡献达5~20μg·m^-3。从相对贡献看,东北大部分地区生物质燃烧对地面PM2.5浓度的贡献超过50%,华南地区达20%~50%,西南局部地区甚至超过60%;华北、华中以及华东地区相对较低,平均相对贡献达10%~20%。生物质燃烧越严重的地区,其产生的PM2.5中二次气溶胶的贡献占比越小,反之亦然。

中国田块尺度露天生物质燃烧NO_(x)遥感排放清单

针对不同土地覆盖类型特别是作物空间分布,提出一种顾及火点像元地物类别先验概率的排放因子加权策略,并结合热辐射功率(FRP)昼夜周期分布的假设,建立了我国逐日1 km的田块尺度露天生物质燃烧氮氧化物(NO_(x))遥感排放清单。为验证FRP昼夜周期分布假设的合理性,与Himawari-8 FRP反演结果进行比较,两者相关系数约为0.65。同时,为验证排放清单的有效性,将估算结果与全球火情数据库(GFED)、湖北省内三个环境监测站点观测资料、臭氧监测仪(OMI)遥感观测数据等进行了对比验证。对比结果显示所建立的排放清单与其中两站点观测数据的相关系数分别为0.56和0.65,与GFED数据库以及OMI数据具有较好的一致性,且具有更高的时空分辨率。

2003–2017年东北露天生物质燃烧时空变化特征

近年来,露天生物质燃烧对我国东北重霾污染影响显著。本文综合利用MODIS C6火点产品以及下垫面类型产品,结合GFAS火点排放清单数据,定量研究了2003–2017年东北的火点演变特征。结果显示,东北区域近15年来火点震荡增加,并在2013–2017年达到峰值。火点季节变化明显,主要集中3–4月(占37%)和10–11月(占46%), 2013年之后春季火点突增,且在2016–2017年春季火点超过秋季。空间分布上,火点主要位于黑龙江(占71%),其次是吉林(16%)和辽宁(13%)。相比森林和草地下垫面类型,农田火点占比高达91%。本研究结果为东北区域露天生物质燃烧的重点监测时段和管控方案制订提供了参考依据。

浙江2001—2016年露天生物质燃烧排放污染物时空格局

生物质露天燃烧排放烟气颗粒物对大气环境、生态系统和人类健康有重要影响.该研究基于MODIS-MCD64A1数据提取2001—2016年浙江省森林、灌丛、草地火灾面积和作物秸秆火点数据,结合植被类型、生物质密度和燃烧效率,运用排放因子法,估算16年间浙江区域露天生物质燃烧排放污染物总量.结果表明,2001—2016年浙江区域露天生物质燃烧总量为58.78 mt,其中乔木、灌木、草本、水稻、小麦、玉米、豆类和油菜燃烧总量分别为202.18 kt、10.43 kt、300.10 t、46.66 mt、1.94 mt、2.45 mt、3.45 mt和4.06 mt.森林和秸秆火次数分别为1783次和23257次,森林火灾多集中在浙江南部区域,秸秆火多集中在浙江北部区域.森林和草地火灾次数主要集中在3月和10月,作物秸秆火点主要集中在5、7和8月份,占全年75%以上.各污染物CO_2、CO、NO_x、VOCs、PM_(2.5)、TC、OC和EC排放总量分别为667.20、26.40、1.13、4.92、5.12、2.85、2.59和0.23 mt.该研究揭示了浙江地区生物质露天燃烧排放污染物的时空变化,为深入揭示生物质燃烧对区域环境影响提供数据支持.

中国露天生物质燃烧的温室气体排放及秸秆禁燃政策的协同减排效应

露天生物质燃烧是温室气体(CO_(2)、CH_(4)、N_(2)O)的重要排放源之一,这些排放可影响本地、区域和全球的大气化学和气候变化,并带来一系列生态环境问题,进而对人类及其他生物的生存环境产生影响.本研究采用卫星火点排放清单(FINN),对2010-2019年中国露天生物质燃烧温室气体排放进行研究,并分析秸秆禁燃政策对温室气体排放的影响,对后续秸秆禁燃政策的制定具有重要参考价值.结果表明,我国2010-2019年平均年温室气体排放量为1.53×10^(8) t(将CH_(4)和N_(2)O的温室效应换算为同等效应的CO_(2)当量单位),总体呈波动性下降趋势.温室气体排放量最大的植被类型是森林(7.43×10^(7) t)和农作物(3.19×10^(7) t),分别占总排放量的48.7%和20.9%.从月分布来看,露天生物质燃烧排放的温室气体集中在2-6月,3月是高峰值.从空间分布上看,排放主要集中在华南、西南和华东地区,占总排放量的72.9%.从2013年以来,秸秆禁燃政策的加强在一定程度上降低了露天农作物秸秆燃烧排放的温室气体和PM_(2.5).从变化量看,28个省份实现了秸秆燃烧排放的温室气体与PM_(2.5)同步下降.

基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算研究

露天生物质燃烧是重要的大气污染物排放源,导致空气质量恶化并引起气候变化。卫星遥感数据能够提供大尺度、多时相的监测信息,然而燃烧火点监测和火烧迹地监测两种方式都存在着局限性。以美国东南部地区为研究区域,通过结合卫星遥感获取的高分辨率燃烧面积数据及多时相的燃烧火点数据,建立时空匹配模型估算露天生物质燃烧过火面积。通过分析植被燃烧前后的光谱变化特征,基于高分辨率的Landsat-5 TM4波段(0.84μm)与7波段(2.22μm)数据,利用差分归一化燃烧比(dNBR:the differential normalized burn ratio)提取燃烧面积数据;而燃烧火点数据则通过分析燃烧植被的热红外光谱特征利用MODIS 4与11μm波段数据提取。结果显示,该地区燃烧面积与燃烧火点数量之间相关系数达0.63,并且二者之间的比例关系随植被类型而发生变化,林地、草地、灌木、耕地和沼泽五种植被类型对应的像元燃烧面积分别为0.69,1.27,0.86,0.72和0.94 km^2。通过与美国火灾中心(national interagency fire center,NIFC)地面调查数据比对,模型估算的美国东南部过火面积数据较为精确,而同期的MODIS燃烧面积产品(MCD45)及燃烧源清单产品(global fire emissions database,GFED)遗漏了该区域大量的小面积燃烧事件。因此,本研究建立的过火面积估算模型能够提供更为精确的排放源参数信息,有利于区域空气质量模式准确地模拟露天生物质燃烧排放状况。