卫星遥感技术在秸秆焚烧监测业务中的应用

农村秸秆焚烧常造成灰烬飞扬,烟雾迷漫,形成空气污染.常规的秸秆焚烧监测难度较大.本文介绍了河南省利用卫星遥感技术开展秸秆焚烧监测业务、服务的方法,包括卫星遥感技术监测秸秆焚烧火点的基本原理,以及秸秆焚烧火点遥感监测业务服务的流程、相关业务服务系统的组成及服务方式等.     

卫星遥感技术在秸秆焚烧监测业务中的应用

农村秸秆焚烧常造成灰烬飞扬，烟雾迷漫，形成空气污染。常规的秸秆焚烧监测难度较大。本文介绍了河南省利用卫星遥感技术开展秸秆焚烧监测业务、服务的方法，包括卫星遥感技术监测秸秆焚烧火点的基本原理，以及秸秆焚烧火点遥感监测业务服务的流程、相关业务服务系统的组成及服务方式等。     

静止气象卫星秸秆焚烧监测灵敏度分析研究

近年来秸秆焚烧状况日趋严重,给生态环境带来了极大的破坏。因为秸秆焚烧具有非常强的季节性、区域性,火点分布零散,发生时间具有随机性的特点,所以要求卫星有着极高的时空分辨率来满足观测要求。风云四号作为我国新一代静止气象卫星于2016年12月发射,具有高时空分辨率的优势,相关研究及应用尚未大范围开展推广,为了推进风云四号卫星数据的应用与分析,此次研究以Himawari-8数据,结合风云三号覆盖黑龙江的过境时间,进行秸秆焚烧面积信息提取及火点监测,并与风三监测结果进行比较,分析Himawari-8的可靠性与稳定性。结果表明:Himawari-8和FY3监测火点信息基本吻合,Himawari-8监测不到FY3监测到的最小火点面积0.02hm^2,亮温在302 K左右,说明Himawari-8在0.02-0.38 hm^2范围以下对秸秆焚烧火点的监测敏感度不够。     

秸秆焚烧对区域城市空气质量影响的模拟分析

利用融合火点排放源、人为源和生物源的WRF-Chem(Weather Research and Forecasting Model coupled with Chemistry)模式,模拟2015年9月30日08:00(北京时间)起的72 h发生在淮河流域的一次农作物秸秆大面积露天焚烧过程,研究了农作物秸秆焚烧释放的气态污染物和颗粒物对区域城市空气质量的影响。通过有无火点两组试验分析了此次秸秆焚烧对流域内河南、山东、江苏和安徽四省83座城市CO、PM10(空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物,即可吸入颗粒物)、PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物,即细颗粒物)和O3浓度的定量影响,结果表明:(1)融合NCAR-FINN(Fire Inventory from NCAR)火点排放资料的WRF-Chem模式较好地再现了此次秸秆焚烧及火点烟羽扩散过程。同时结合EDGAR-HTAP(Emission Database for Global Atmospheric Research on Hemispheric Transport of Air Pollution)人为源和MEGAN(Model of Emission of Gases and Aerosols from Nature)生物源的WRF-FIRE(考虑火点排放试验)对流域内城市大气污染物的模拟效果较为理想,尤其对秸秆焚烧释放的污染物CO、PM10和PM2.5和产生的二次污染物O3浓度的模拟。(2)秸秆焚烧所释放的污染物造成流域内城市一次污染物CO、PM10和PM2.5浓度的增加,火点中心和下风向城市增幅最为明显,最大小时浓度增幅达到3倍标准差。气态污染物CO和相比PM10粒径更小的PM2.5可随风扩散至更远的地区,对城市浓度影响更大。(3)此外,秸秆焚烧也使得火点中心城市和下风向城市二次污染物O3浓度增加,但小时浓度增幅极值区分布在火点下风向烟羽末端太阳光照充足的地区,最大小时浓度增幅接近3倍标准差。秸秆焚烧对区域城市空气质量的影响存在明显的空间分布差异且对城市各大气污染成分的影响也不相同。     

淮河流域秸秆焚烧关键期主要大气污染物浓度时空分布特征

基于2015年6月淮河流域卫星遥感监测火点信息、环境空气质量监测数据和常规气象观测资料,利用ANUSPLIN和ArcGISKriging方法对气象要素和主要大气污染物浓度空间栅格化,分析了秸秆焚烧关键期内AQI和主要污染物浓度的时空变化特征及其与气温、相对湿度、风速等气象要素的相关关系。结果表明:秸秆焚烧关键期内,淮河流域城市AQI、PM10与PM2.5浓度均明显升高,且与卫星监测火点具有一定时空响应关系。在时间变化上,AQI、PM10与PM2.5浓度6月上中旬呈波动上升,6月下旬趋于回落;在空间分布方面,AQI、PM10与PM2.5浓度三者分布形态相似,总体上呈现"南低北高、两高一低"分布特征;期间AQI、PM10与PM2.5浓度与气温呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关,与风速的相关性不显著。     

卫星遥感在秸秆焚烧监测中的应用

通过对MODIS光谱特征的分析，提出了一种综合运用3S技术进行秸秆焚烧动态监测的资料处理流程和量化判识指标。通过在关中地区2004年麦秸秆焚烧监测中的应用，效果良好，为政府部门迅速、准确地了解全省秸秆焚烧情况，提高预警能力和监督检查的效率提供了科学依据。     

2009年秋季南京地区一次持续性灰霾天气过程研究

2009年10月14—27日,南京地区发生了一次持续性的灰霾天气过程。利用气象观测资料和污染物浓度监测资料,结合焚烧点监测、后向气流轨迹模拟,分析了颗粒物和气态污染物的浓度演变特征、气象要素特征及产生持续灰霾天气的可能原因。研究表明,该次过程中绝大部分时间能见度低于10 km,空气污染指数最大时达到195。地面PM2.5质量浓度有显著增长,在26日达到最大值为0.782 mg/m3。NO2质量浓度日均值在24日和27日超过了环境空气质量二级标准,其含量分别为0.094和0.099 mg/m3,对应NOx质量浓度分别为0.105和0.108 mg/m3。SO2质量浓度在22日达到峰值,最大值为0.161 mg/m3,平均值为0.083 mg/m3,低于环境空气质量二级标准。分析显示:近半个月内南京地区天气形势稳定,处于持续温度偏高、干燥无雨的状态,非常有利于灰霾天气的发生。卫星监测发现24、25、26日江淮之间中部均有火点,其中24日有50个着火点,25日增加为85个,26日减少为38个,表明有秸秆焚烧现象存在。从后向气流轨迹分析来看,在秸秆焚烧最为严重的3 d内,南京地区主要受到来自东到东北方向气流的影响,有利于秸秆焚烧形成的污染物经气流输送影响南京,造成严重灰霾天气。     

秸秆燃烧排放对北京及其周边地区PM2.5浓度影响的数值模拟

采用卫星监测的火点燃烧排放数据,利用区域化学传输模式WRF-Chem模拟分析了2017年5月华北地区细颗粒物(PM2.5)质量浓度分布,通过生物质燃烧排放源(华北区域以秸秆燃烧为主)开关的敏感性试验定量计算了燃烧排放对北京及其周边地区PM2.5质量浓度的影响。卫星监测结果显示,2017年5月华北地区有大量的秸秆焚烧现象,对该地区空气质量造成一定影响的燃烧天数为20 d,占全月总日数的65%左右。数值模拟结果表明:该地区秸秆燃烧排放导致PM2.5浓度升高的区域集中在华北平原农作物产区,其分布位置与卫星监测的火点分布吻合。秸秆燃烧导致这些地区PM2.5浓度月平均值上升幅度普遍超过3 μg/m~3,高值区超过了11 μg/m~3,上升比例可达10%以上;此外,来自华北平原及长三角地区的燃烧排放对北京(特别是东南部地区)污染物浓度的影响是不容忽视的,其中河南、山东、天津等地的秸秆燃烧在合适风场的作用下会严重影响北京,可导致丰台及通州等地PM2.5小时浓度上升超过17 μg/m~3,上升幅度超过40%。     

CALIOP对一次秸秆焚烧后气溶胶光学特性的探测分析

采用星载激光雷达(Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization,CALIOP)资料研究了2008年6月2日华东秸秆焚烧排放气溶胶的光学特性,并与2006~2008年统计结果进行了对比。结果表明:1)CALIOP能够有效探测到气溶胶层,探测结果符合生物质燃烧气溶胶的典型特征;气溶胶分布及廓线特点可以由火点分布及大气环流形势做出解释。2)个例中气溶胶光学特性廓线与该地区2006~2008年全年平均和夏季平均都存在一定差异。个例中后向散射系数廓线的峰值显示出气溶胶垂直分布结构,对应高度上的退偏振率比平均偏大而双波长比则偏小,表明秸秆焚烧源气溶胶层由大量非球形的细粒子组成。3)个例中气溶胶粒子谱特征与3年夏季平均接近而与3年平均差别很大,显示出个例的季节特征。更多个例的统计分析和地基观测的验证有助于了解秸秆焚烧源气溶胶的普遍规律。     

用NOAA卫星监测甘肃森林草原火灾

本文介绍利用ＮＯＡＡ极轨气象卫星ＡＶＨＲＲ资料监测森林草原火点的原理和方法。对甘肃省１９９２年１０月至１９９６年１２月监测到的火点进行时空统计，分析了火灾监测中可能产生的误差原因，并提出相应改进措施。