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。     

基于AVHRR的地市级火情监测分析与应用

以DVB-S下发的气象卫星AVHRR遥感资料为基础,根据下垫面性质把鹤壁分成不同火点判识子区,通过对卫星火点监测资料和实际火点资料统计对比分析,确定每一子区不同时次的精细门槛值,并利用1∶5×104大比例尺行政数据集对火点进行精确定位,在鹤壁地区2004和2005年秸秆焚烧监测应用中取得了良好效果,为政府部门及时准确掌握全市秸秆焚烧情况,提高火情监测能力和监督检查效率提供了重要科学依据。     

广西2020年2月一次大气污染过程分析

利用气象数据、环境空气质量监测数据及卫星遥感监测火点数据,对广西2020年2月的一次区域性大气污染过程成因进行分析.结果表明,气温上升、湿度增加、风速减小是本次污染过程的气象成因;污染期间CO与PM10和PM2.5同步上升,更多指向生物质燃烧源的贡献;卫星遥感监测火点及后向轨迹聚类分析显示,污染过程的发生受秸秆焚烧及林...     

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。     

黑龙江省林火气象等级预警遥感监测系统

在黑龙江省林火气象等级监测预警系统的建设过程中，总结了卫星遥感技术在森林防火工作中的应用；建立了卫星遥感火情监测数据库；对黑龙江省北部大面积林区按行政区划进行了火点判识门槛值的统计分析。     

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%。     

GIS和遥感技术在贵州火险监测中的应用

贵州森林覆盖率达到30.1%,且多集中于地形复杂、山高坡陡、交通不便的山区,增加了林区火情监测和火点定位的难度。在应用NOAA卫星遥感监测森林火险业务中,利用G IS中M apOb jects的地理信息功能开发系统,可准确对贵州省的1 500多个乡镇进行火点精确定位。RS与G IS技术结合提高定位精度、缩短监测产品制作时间、提高服务的及时性。     

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。     

Arclnfo下卫星遥感火点空间定位算法研究

应用ArcInfo地理信息系统和MapObjects组件空间分析技术、数据库技术，对森林火点卫星遥感信息的地理定位技术进行了研究，结合1：250000地理信息数据，研制了快速获取火点周围地理信息的技术流程及计算方法，开发了业务化系统，实现了自动化操作。尤其在多火点的情况下更能显示出其优越性，相同情况下，比手工地理定位提高了定位精度，工作效率提高了10倍以上。投入业务运行以来，在森林防火工作中发挥了重要作用，为火点监测赢得了时间，取得了明显的社会效益。     

京津冀周边秸秆燃烧对PM2.5无机组分影响

华北平原是我国主要农作物产区,田间秸秆焚烧现象普遍存在,选取秋收季节（2014年10月）分析了秸秆燃烧的排放特征,利用区域化学传输模型WRF-Chem模拟研究了燃烧排放对气态前体物及其氧化产物的影响,以及最终导致的PM_2.5中硫酸盐、硝酸盐和铵盐的变化。研究表明:2014年秋收季节,河南和山东等省份的秸秆燃烧排放会在东南风的输送作用下影响京津冀地区;秸秆燃烧排放大量挥发性有机物（VOCs）,导致火点源及周边地区大气中主要氧化剂浓度上升,提升了区域大气氧化能力;当携带大量VOCs的秸秆燃烧烟羽与以化石燃料排放为主的城市气团相混合时,大气氧化性增强会加速城市地区人为源排放的NO_x和SO₂等气态前体物的氧化过程,提高硫酸盐和硝酸盐的形成速率、促进二次无机气溶胶的生成。     

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。     

2011年11月苏州一次灰霾天气过程分析

2011年11月10-14日苏州地区发生了一次严重灰霾天气过程,利用气象观测资料、探空资料及大气成分站监测资料对苏州三个站点的受污染情况进行了综合分析。结果表明：灰霾期间地面受弱气压场控制,风力较小,且有接地逆温的持续存在,大气水平和垂直输送都很弱,导致大量污染物在近地面堆积,能见度恶化;三站中昆山站灰霾持续时间最长,共计104时次,影响程度最重,重度灰霾占总数的39 %,中度和重度灰霾超过灰霾总数的一半;灰霾时各粒径颗粒物浓度均维持在较高水平,细粒子在可吸入颗粒物中占有较大比重,说明细粒子对灰霾贡献作用大,14日凌晨昆山及太仓出现大雾天气时细粒子比重甚至超过了灰霾时,而相对湿度峰值只有94 %,因此将该段天气定性为雾霾共存或者湿性霾更妥;秸秆焚烧污染期间,BC浓度明显上升,其绝对浓度要高出正常情况的3倍左右;通过CO/SO₂及PM₁₀/SO₂对比发现昆山站受秸秆焚烧污染程度要严重的多,因此推测昆山本地郊区可能也存在零星秸秆露天焚烧点。     

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。     

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...     

利用微波辐射计对南京2013年12月霾天大气温湿结构的探测分析

利用高时间分辨率的微波辐射计数据分析南京逆温层结构与雾霾天气的关系。首先将南京MP-3000A型地基微波辐射计2013年12月的数据与常规探空资料的温度和相对湿度进行对比,以确定微波辐射计数据的可用性,结果表明:微波辐射计反演的气温与常规探空资料十分接近,而相对湿度的效果则差了很多。再利用微波辐射计对南京市2013年12月的霾天气过程进行分析,发现在受秸秆焚烧的影响阶段(12月1~9日),污染物浓度与逆温层没有明显的相关;在没有秸秆焚烧影响阶段(12月10~31日),污染物浓度变化与逆温层厚度、强度呈显著的滞后正相关,和底高有显著的滞后负相关;定量化分析表明重度污染和中度污染对应的逆温层阈值一致,轻度污染对应的逆温层阈值明显较小。     

基于观测的污染气体区域排放特征

利用2006年9月—2007年8月河北省固城生态与农业气象试验基地 (固城站) 反应性气体观测数据获得了CO与NO_x,CO与SO₂,SO₂与NO_x体积分数比的变化特征,并将观测得到的体积分数比与从INTEX-B等排放源资料得到的排放比进行比较研究。当风向来自北方向 (北京) 时,固城站的CO和NO_x体积分数显著高于其他方向,而来自南方向 (保定、石家庄) 时,SO₂体积分数显著高于其他方向。固城站观测到的CO与SO₂,CO与NO_x体积分数比分别为43.7和31.6,较排放比高出2~12倍。分析表明:排放源清单对CO排放低估了大约2倍以上,生物质燃料燃烧,尤其是收获季节大规模秸秆燃烧排放可能是重要的且被低估了的源。从观测数据估计得到秸秆燃烧期比平时CO大约多排放了90%±30%,忽略秸秆燃烧期额外排放对CO排放强度估计有重要影响。未来排放源清单编制和使用需要更加关注我国农业区秸秆燃烧排放对排放强度的影响。     

江苏沿江一次重霾天气成因分析

综合应用美国极轨卫星NOAA-18遥感资料、地面自动站、人工站、风廓线雷达资料以及环境监测站污染物资料等多种资料,对2008年10月28日发生在江苏沿江地区的一次罕见霾天气进行了综合分析研究.结果表明:此次过程的根本原因是沿江地区农民大规模焚烧稻秆排放的烟尘,而近地层偏东风的平流输送和辐合是造成霾的主要原因,同时逆温层结、弱下沉运动、低边界层高度等因素的叠加也有重要作用;在特征上与一般性霾相比有一定的差异.     

哈尔滨秋季一次持续性重污染过程分析

利用气象与环境监测数据,结合后向轨迹和秸秆焚烧火点监测资料,从环流形势、气象要素、污染源和污染传输特征等方面,对哈尔滨2017年10月18-20日持续性重污染天气过程进行分析。结果表明：这次重污染过程连续48 h为重度或严重污染,首要颗粒物为PM_2.5,PM_2.5平均浓度为438 μg·m^-3,局地PM_2.5浓度高达1487 μg·m^-3。重污染过程分为两个阶段,每个阶段主要污染物呈双峰分布。在重污染过程中,高空环流平直,浅槽前暖平流占主导地位,地面为弱低压均压场控制。地面风速小,平均风速仅为1.5 m·s^-1,风速≤ 1.5 m·s^-1静小风频率为71%,风场辐合,有利于污染物积聚。在重污染发展的过程中,地面相对湿度（RH）增大有利于颗粒物吸湿增长和污染加剧;在重污染减弱的过程中,PM_2.5浓度减少至每阶段谷值时间比RH减小至谷值时间滞后4-5 h。在边界层内有逆温层顶高为200 m左右、逆温强度>2.0℃·（100 m）^-1的贴地逆温层,层结稳定,垂直扩散条件差。污染物主要来源于秸秆焚烧,其次来源于取暖燃煤。静稳气象条件下本地污染物积累叠加远距离较高浓度的秸秆焚烧污染物输送导致哈尔滨这次重污染过程。