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浙江2001-2016年露天生物质燃烧排放污染物时空格局

发布时间:2020-03-19 00:10内容来源:网络整理 点击:

靳全锋1,3,叶文晶1,2,沈培福1,黄海松1,陈兵红1,郭福涛3

(1.丽水职业技术学院,丽水323000;2.景宁畲族自治县望东垟高山湿地自然保护区管理局,丽水323500;3.福建农林大学林学院,福州350002)

  摘要: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58.78mt,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202.18kt、10.43kt、300.10t、46.66mt、1.94mt、2.45mt、3.45mt和4.06mt。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CO2、CO、NOx、VOCs、PM2.5、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0.23mt。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。

  1引言(Introduction)

  生物质燃烧排放大量污染物,显著影响大气环境和人类健康(Zhang et al.,2017;靳全锋等,2017a)。露天生物质燃烧是生物质燃烧重要组成部分,主要由森林、灌丛、草地、沼泽和秸秆火组成(Qiu et al.,2016;Wu et al.,2018),是排放污染性气体和颗粒物重要来源,研究显示全球每年有8600Tg生物质燃烧(Levine et al.,1991),每年有2~5Pg碳排放来源于生物质燃烧(Soares et al.,2009),有40%的CO、35%的颗粒物和20%的NOx来源于生物质燃烧(Langmann et al.,2009)。研究显示美国每年有39%的CO和20%的PM2.5来源于生物质燃烧(Urbanski et al.,2009),欧洲露天燃烧排放是生物质排放主要来源,巴塞罗纳每年有3%的PM10和5%的PM2.5来源于秸秆露天焚烧(Reche et al.,2012;GarciaHurtado et al.,2014)。Yan等(2006)研究显示中国每年有509.0mt生物质燃烧,排放NOx、SO2、CO、CO2、CH4、NMHC、PM和BC总量分别为1.09、0.17、59.30、946.63、2.20、3.03、3.62和0.43mt(田贺忠等,2011)。生物质燃烧排放大量污染性气体(CO2、CO、NOx、SO2、VOCs、烃类和醛类)和颗粒物(TSP、PM10、PM2.5和PM1),显著影响空气质量(Zha et al.,2013;Zong et al.,2016)。CO2、CH4、N2O和颗粒物加快长波辐射吸收,促进气候变暖(Sun et al.,2016);PM2.5、EC、NOx和VOCs大量排放促进太阳光吸收、散射、环境光化学烟雾及阴霾的形成,降低区域空气质量和能见度(Cheng et al.,2014);卤代烃大量排放破坏O3层,增强区域紫外线(Li et al.,2018)。生物质燃烧释放的烟气严重影响人类健康,大量CO、NOx和VOCs等严重刺激眼、鼻、咽喉及皮肤,损伤肺粘膜而引发哮喘,甚至引起白血病和癌症(Udeigwe et al.,2015)。此外,烟气中大量NOx、SO2和HCOOH等沉降,影响土壤pH和土壤理化性质(Sinha et al.,2003)。因此,解析生物质燃烧烟气排放对大气环境评估具有重要意义。

  浙江是我国主要生物质产区,森林覆盖率高达59.07%。每年有6.85mt秸秆和7.43mt林木资源燃烧,释放31.73kt的PM2.5(靳全锋等,2017b;2017c)。研究显示浙江区域每年有600余次森林火灾,过火面积为6.0×103hm2;生物质燃烧排放大量污染性气体和颗粒物(靳全锋等,2017b)。因此,合理估算浙江区域露天生物质燃烧排放对大气环境评估至关重要。鉴于此,本研究以2001—2016年MODIS影像数据为研究对象,运用排放因子法,估算浙江区域露天生物质燃烧排放污染物时空格局。主要研究目标为:①估测出2001—2016年浙江地区生物质燃烧总量。②估算浙江地区露天生物质燃烧排放污染物总量;③分析浙江露天生物质排放污染物时空格局,本研究可为相关大气模型研究和大气环境污染评价提供基础性科学依据。

  2材料与方法(Datasandmethods)

  2.1研究区概况

  浙江省位于中国东南部,东经118°01′~123°10′,北纬27°06′~31°11′,区域面积为1.02×105km2。全省地貌类型复杂,地势西南向东北倾斜,南部多丘陵;浙南、浙北、浙西、浙东和浙中分别是山地、平原、山地丘陵、滨海岛屿和丘陵盆地等5种地貌类型.该区域地处亚热带季风气候区,冬季寒冷干燥、夏季雨热同期、四季分明、光照充足.平均气温为15~18℃,最低和最高温度分别为-17.4~-2.2℃和33.0~42.9℃;平均年降水量为1100~2000mm.该区域乔木杉木林、松木林、青冈等主要树种占林分总面积80%以上;农作物主要以水稻、小麦、玉米、豆类和油菜为主要粮食作物。Jin等(2018)研究显示浙江作物和林火高发区,2000—2014年共发生秸秆火2万余次,年均超1500次,森林火灾近万次,年均超600次,且该区域林火90%以上受人为因素影响(靳全锋等,2017b;2017c)。

  2.2森林和草地火灾面积计算

  森林和草地火灾面积数据基于MODIS-MCD64A1火灾面积产品。MCD64Al产品是空间分辨率为500m,月尺度产品,能精准检测区域森林草地火灾。目前MODIS火点受自然因素影响,成功监测率为90%左右,但通过滤除噪声、耀斑及云的干扰,不同区域和季节草地成功监测率高达100%(Zhou et al.,2006),因此,本研究使用MCD64A1产品与中国行政区划图(1:100万)和中国植被覆盖图是空间分辨率为1km的产品进行叠加分析,获取燃烧区域植被类型和燃烧面积。

  2.3森林和草原密度时空分布

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