東北地理所在生物質(zhì)燃燒源排放及其對大氣環(huán)境的影響研究中取得進展
生物質(zhì)燃燒因瞬時釋放大量的氣體及顆粒物對空氣質(zhì)量、大氣環(huán)境甚至氣候變化等產(chǎn)生重要影響，而備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。我國的生物質(zhì)燃燒以農(nóng)作物秸稈露天燃燒為主，近年來，因農(nóng)作物秸稈露天燃燒引起的區(qū)域霧霾污染時有發(fā)生。其中，東北地區(qū)是我國霧霾污染和農(nóng)作物秸稈露天燃燒嚴重的地區(qū)之一，但是目前該區(qū)源排放與區(qū)域霧霾污染方面的研究相對薄弱，為此，東北地理所科研人員針對生物質(zhì)燃燒源排放及其對大氣環(huán)境影響開展了相關(guān)研究。
針對東北地區(qū)生物質(zhì)燃燒嚴重和霧霾污染頻發(fā)的問題，開展了生物質(zhì)燃燒的火點監(jiān)測與預(yù)測、污染物排放特征分析與清單構(gòu)建、大氣環(huán)境影響與評估等方面的系列研究。基于多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開發(fā)了一套生物質(zhì)燃燒源大氣污染物的近實時排放清單，實現(xiàn)了源清單和空氣質(zhì)量模式的無縫對接，滿足了空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警模式對排放清單的本地化、高精度和動態(tài)化的迫切需求。基于以上近實時排放清單并結(jié)合人為源清單和氣象數(shù)據(jù)，采用空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警模型WRF-CMAQ定量評估了東北地區(qū)生物質(zhì)露天燃燒及秸稈禁燒政策對區(qū)域大氣環(huán)境的影響。
研究結(jié)果顯示，東北地區(qū)的生物質(zhì)燃燒以農(nóng)作物秸稈燃燒為主，包括露天焚燒和室內(nèi)燃燒，其中東北農(nóng)村室內(nèi)秸稈燃燒是當前生物質(zhì)燃燒的一個重要組成部分。東北地區(qū)的生物質(zhì)燃燒具有明年的時空分布特征，在空間上主要集中在松嫩平原和三江平原兩個糧食主產(chǎn)區(qū)，在時間上主要分布在秋收前和春耕后，且隨著秸稈禁燒政策的變化，農(nóng)作物秸稈露天燃燒時間逐漸從秋收后 （10-11月）轉(zhuǎn)為春耕前（3-4月）（圖1）。
圖1. 2012-2019年東北地區(qū)生物質(zhì)燃燒在春耕前、秋收后及其他時間的比例
春耕季秸稈露天燃燒占全年燃燒的比例從2013年的20.5%增加到2019年的77.1%，平均年增長率為20%。當前的秸稈露天焚燒已經(jīng)對區(qū)域大氣環(huán)境產(chǎn)生了重要的影響。如2015年11月的一次重污染過程中，生物質(zhì)露天燃燒對東北地區(qū)PM2.5濃度的貢獻率高達52%。如果在2015年執(zhí)行2018年的秸稈禁燒政策，則同期PM2.5濃度將會下降48.1%（圖2），說明了秸稈禁燒管控政策可有效防止區(qū)域霧霾污染的發(fā)生。
圖 2. 在2015年氣象條件及人為源排放情況下，分別添加2015年（a）和2018年（b）生物質(zhì)燃燒源排放的污染物PM2.5濃度分布圖
本研究深化了東北地區(qū)生物質(zhì)露天燃燒對大氣環(huán)境影響的認識，為東北地區(qū)重污染天氣預(yù)報預(yù)警以及政策制定提供了科技支撐。相關(guān)成果發(fā)表于環(huán)境領(lǐng)域國際權(quán)威期刊Science of the Total Environment、Remote Sensing上，并參編英文專著《Asian Atmospheric Pollution: Sources, Characteristics and Impacts》。該研究由東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所趙紅梅、楊光義、白冰等共同完成。相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃（No：2017YFC0212303；2017YFC0212304）、國家自然科學(xué)基金（No：41771504；41571063；41771071）和吉林省自然科學(xué)基金（No：20200201214JC）共同資助。
相關(guān)專著及論文信息如下：
Hongmei Zhao, Biomass burning emission and impacts on air pollution in China. In Ramesh P. Singh, Asian Atmospheric Pollution: Sources, Characteristics and Impacts. Elsevier, Netherlands, 2021.p:335-348. https://doi.org/10.1016/C2017-0-04174-5
Guangyi Yang, Hongmei Zhao*, Daniel Q Tong, Aijun Xiu, Xuelei Zhang, Chao Gao. Impacts of post-harvest open biomass burning and burning ban policy on severe haze in the Northeastern China. Science of the Total Environment. 2020, (714), 136517. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136517.
Hongmei Zhao*, Guangyi Yang, Daniel Q. Tong, Xuelei Zhang, Aijun Xiu, Shichun Zhang. Interannual and seasonal variability of greenhouse gases and aerosol emissions from biomass burning in Northeastern China constrained by satellite observations. Remote Sensing. 2021, 13, 1005. https://doi.org/10.3390/rs13051005
Bing Bai, Hongmei Zhao*, Sumei Zhang, Xuelei Zhang and Yabin Du. Can neural networks forecast open field burning of crop residue in regions with anthropogenic management and control? A case study in Northeastern China. Remote Sensing. 2021, 13, 3988. https://doi.org/10.3390/rs13193988
Hongmei Zhao*, Guangyi Yang, Aijun Xiu, Xuelei Zhang. A high resolution emission inventory of domestic burning in rural region of Northeast China based on household consumption. Chinese Geographical Science. 2020, 30(5): 921-933.https:// doi.org/10.1007/s11769-020-1154-8.
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