吕鑫等2015—2017年秋季东三省秸秆焚烧监测及其空气污染效应分析
2015—2017年秋季东三省秸秆焚烧监测及其
空气污染效应分析"
吕鑫1郭庆彪1姜传礼1黄海虹2
四诊(1.安徽理工大学测绘学院，安徽淮南232001；2.江西环境工程职业学院林业学院，江西赣州341000%
摘要针对中国秸秆焚烧多发的东三省地区，利用2015-2017年秋季卫星火点监测数据和空气质量监测数据对东三省秸秆
焚烧的空气污染效应展开研究#研究显示：(1)2015-2017年秋季东三省秸秆焚烧火点数逐年增多，火点聚集区逐年向西扩展& (2)2015-2017年秋季秸秆焚烧期间东三省的气团主要对东三省内部产生影响，秸秆焚烧对空气质量指数(AQI)的影响主要分成3
大雷雨计划个阶段(平缓阶段、上升阶段和下降阶段)，说明秸秆焚烧对AQI有显著影响&3)秸秆焚烧对PM2.5、PM10、NO2、CO和SO2有显著
影响，而。3由于来源不同，不受影响。
关键词空气污染秸秆焚烧东三省空气质量指数
DOI：1015985//jcnkf1001-3865202105015
Monitoring of straw burning in autumn and its influence on air pollution in three provinces of northeast China from2015
to2017LYU Xin1,GUO Qingbiao1,J8ANG Chuanli1,HUANG Haihong27(1.School of Geomatics?Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui232001；2.Institute of Forestry,Jiangxi Vocational College
of Environmental Engineering,Ganzhou Jiangxi341000)
Abstract:Straw burning was occured frequently in three provinces of northeast China.Therefore,a study on the influence of sAraw burning in auAumn on air po l u ion inAhree provinces of norAheasAChina from2015Ao2017was conducAedbyusingAhesaAe l iemonioredsArawburningpoinAsandairqualiyobrvaAiondaAa.ResulAsshowedAhaA: (1)sAraw burning poinAs inAheAhree provinces of norAheasAChinaAendedAo be increasing from2015Ao2017andAhe straw burning points high-density area gradually expanded westward.(2)Th
e air mass in the three provinces of norAheasAChina a f ecAedAhe local area mainly.The influence of sAraw burning on AQI was divided inAo3periods of sAableperiodincreasingperiodanddecreasingperiodindicaingasignificanAe f ecA.(3).SArawburninghadsignificanA influenceonPM2.5PM10NO2COandSO2excepAO3becauAhesourceofO3wasdi f erenA.
Keywords:air pollution；straw burning；three provinces of northeast China；AQI
大气环境质量的恶化对公共卫生和人类健康产生重大威胁，越来越受到关注)12*。露天生物质燃烧会产生大量颗粒物和气态污染物，从而影响空气质量和大气化学过程。秸秆焚烧是中国露天生物质燃烧的主要形式之一旧。近年，秸秆焚烧导致的空气污染事件时有发生，收获季节秸秆集中焚烧已成为区域性空气污染事件的重要原因“6*。
学者们基于遥感和统计手段对秸秆焚烧的空气质量影响效应展开了一系列研究。厉青等⑺发现，一定范围内秸秆焚烧火点分布与空气质量指数(AQI)存在较好一致性。宋京京等归研究了山西省、河北省、河南省和山东省等华东农田秸秆焚烧对江苏省常州市大气环境产生的影响。严文莲等凹对2012年6月中上旬江苏省的持续霾天气原因开展了研究，得出江苏省及其周边地区的秸秆焚烧是重要原因。周奕珂［10］对京津冀地区生物质燃烧的源地、输送路径和燃烧生成的大气污染物时空变化规律展开研究，
得出2014年10月北京市及其周边地区的严重空气污染事件是由秸秆焚烧及大气扩散条件差导致的。目前，针对秸秆焚烧的空气质量影响效应研究主要集中在华东、华中和京津冀地区，研究内容大多是短时间内大气污染事件。东三省是我国重要的农业生产地区，有着我国最大的商品粮基地，因而也是秸秆焚烧的重点区域，特别是收获的秋季。
本研究首先利用2015-2017年秋季卫星火点监测数据统计东三省的秸秆焚烧火点时空分布特
第一作者：吕鑫，女，1989年生，硕士，助理实验师，主要从事大气环境污染防治研究#
"国家自然科学基金青年基金资助项目(No.51904008)；安徽理工大学青年教师科学研究基金资助项目(No.QN2018114、No. QNSK201811)；安徽省高校自然科学研究项目(No.KJ2019A0135) #
环境污染与防治第93卷第5期2021年5月
点，而后利用HYSPLIT轨迹模型对东三省的气团进行轨迹模拟，确定秸秆焚烧的影响区域，最后结合空气质量监测数据对秸秆焚烧的空气质量影响效应开展综合分析#
1数据与方法
1.1数据来源与处理
卫星火点监测数据来源于生态环境部#AQI、PM10,PM2.5,SO2,NO2,CO和O3等监测数据来源于天气后报网(/)。日评价时O3用最大8h平均浓度，其他空气污染物用24h平均浓度#用于HYSPLIT轨迹模型模拟计算的气象数据来源于美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析(FNL)资料#
1.2研究方法
1.2.1HYSPLIT轨迹模型及聚类分析
为分析东三省秸秆焚烧对区域空气质量产生的影响范围，利用Meteolnfo软件进行HYSPLIT轨迹模型气团轨迹运移研究#以500m为起始高度, 24h为时间尺度，在东三省的近似中心(45°N, 117°E)进行2015—2017年10—11月的轨迹模拟计算#由于轨迹模拟时间跨度较大，轨迹条数繁多，因而对模拟的轨迹结果采用角距离方法进行聚类分析，聚类数依时段内轨迹数突变点而定。
1.2.2函数型数据分析
利用MATLAB软件对AQI进行函数型数据分析#由于AQI常呈周期性变化，因而选择傅立叶基函数对AQI进行函数型数据分析⑴
*#
2结果与分析
2.1秸秆焚烧火点时空分布特征
2015—2017年秋季东三省秸秆焚烧火点空间分布情况见表1。由表1可知,2015—2017年东三省火点数逐年增多，特别是黑龙江省。黑龙江省不仅火点数多而且火点分布广，除西北部的大兴安岭地区以外，几乎全省都有分布。2016年黑龙江省的火点数更是占到了东三省火点总数的84%。查阅中国统计年鉴公布的数据可知,2015—2017年黑龙江省粮食作物播种面积在东三省中居首，吉林省次之，辽宁省最低。由此可以认为，东三省的火点数差异除不同省份间的政策落实程度不同外，还与粮食播种面积存在关联，这与WANG等的研究结论一致。2015—2017年东三省火点聚集区有逐渐增多的趋势，并且表现为逐年向西扩展。3年内以佳木斯市和双鸭山市为中心的咼密度火点聚集区稳定出现, 2016年增加了以哈尔滨市、齐齐哈尔市和绥化市为中心的高密度火点聚集区2017年又增加了长春市、白城市和四平市为中心的高密度火点聚集区。
表1东三省秸秆焚烧火点时空分布Table1Thespatialandtemporaldistributionofstraw
burningpointsinthreeprovincesofnortheastChina
省份
黑
龙
江
省
吉
林沙土地种植什么好
省
辽
宁
省
火点数
2015年2016年2017年
城市
双鸭山市165146223
佳木斯市155173214
齐齐哈尔市93118257
哈尔滨市7389374
黑河市7241122
鸡西市611895
绥化市44181261
七台河市304472
牡丹江市16964
大庆市151245
鹤岗市154171
伊春市1410
四平市5919160
松原市393791
白城市3723232
长春市2148282
吉林市5292
通化市216
辽源市15
延边朝鲜族自治州9
沈阳市551213
锦州市29322
铁岭市19113
鞍山市6712
阜新市642
辽阳市6613
葫芦岛市2
营口市21
大连市1
盘锦市12
朝阳市4 2.2秸秆焚烧空气质量影响效应分析
由HYSPLIT轨迹聚类分析结果可知，2015—2017年秋季秸秆焚烧期间，东三省气团主要对东三省内部产生影响，而对国内其他地区的空气质量影响不大，有一部分气团向东运移至俄罗斯境内后，少量继续向东输送，下文只分析秸秆焚烧对东三省内部地区的影响#
2.2.1秸秆焚烧对AQI影响分析
由于黑龙江省不仅火点数多而且火点分布较广泛，哈尔滨市又是黑龙江省的省会，而且2016,2017年又是高密度火点聚集区，因此将哈尔滨市作为东三省中典型的秸秆焚烧城市进行深入分析，其
吕鑫等2015—2017年秋季东三省秸秆焚烧监测及其空气污染效应分析
350「
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—2015年----2016年-—2017年
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2016年-—2017年
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e&o I I 日期(月-日)
(a)AQI曲线
社保的缴费基数是什么意思日期(月-日)
(b)火点分布
图12015—2017年10—11月哈尔滨市AQI曲线和火点分布
Fig.1AQI curve and burning points distribution in Harbin in October and November from2015to2017
表2不同时段各项空气污染物质量浓度均值
Table2Mean massconcentrationsofairpo l utantsineachperiod
时段
PM2.5
/
(#g・m3)
PM10
/(#g・m3)
NO2
小米粥的营养价值/(#g・m3)
CO
/$mg・m3)
SO2
/(#g・m3)
O3
/(#g・m3)
119928360 1.432453 23963310.802343 32051350.65779
2015—2017年10—11月AQI曲线及火点分布见图1。3年的AQI曲线总体相似，可分成3个阶段：平缓阶段、上升阶段和下降阶段#10月20日至11月10日为火点集中期，与AQI曲线的集中期基本一致#
分析AQI曲线的一阶导数得到AQI的变化速率。2015年的AQI变化速率相对比较平缓；2016年的AQI变化速率波动较大2017年的AQI变化速率也存在波动，但波动幅度较2016年小。从3年的平均值来看，AQI变化速率波动最大的时间为10月下旬至11月上旬，也就是哈尔滨市的火点集中期。
由此可见，秸秆燃烧对AQI有显著影响，火点集中期AQI快速升高，导致空气质量明显下降#
2.2.2秸秆焚烧对各项空气污染物影响分析
2.2.1节研究表明，AQI受秸秆焚烧影响明显，而AQI由PM]0、PM25、NO2、CO、SO2和等空气污染物综合确定，为明确各项空气污染物受秸秆焚烧的具体影响，进一步选择2017年11月对哈尔滨市开展研究#将火点数分布最集中的11月1—7日定义为时段111月8—30日定义为时段2，并将2017年空气质量最好的7月定义为时段3，作为本底进行对比。
由表2可见:(1)3个时段的PM2.5质量浓度均值依次为199、39、20#g/m3,PM1依次为283、63、51#g/m3，时段1的PM z,5和PM"浓度较时段2和时段3显著升高#时段1的PM10质量浓度最高值达到42
4#g/m3，时段1的PM z,5质量浓度最高值达到299#g/m3。由此可见，秸秆焚烧会产生大量颗粒物，导致PM2.5和PM"浓度升高，从而对空气质量造成影响#(2)3个时段的NO2质量浓度均值依次为60、31、35#g/m3,CO依次为 1.43,0.80,0.65 mg/m3,SO2依次为24、23、7#g/m3,O3依次为53、43,79#g/m3,NO2、CO和SO2浓度受秸秆焚烧的影响，而浓度相反，这与吴立新等研究徐州市秸秆焚烧对空气污染物产生的影响所发现的规律一致。原因是近地面O3来自于空气中的氮氧化物和有机物在强紫外线照射下的二次转化，时段3处于日照强烈的夏季月份，因而O3容易形成，而此时段秸秆焚烧又比较少#除O3外，各项空气污染物基本呈现时段1＞时段2＞时段3的特性，主要是由于空气污染过程存在时间持续性，秋季秸秆集中焚烧产生的空气污染物影响会持续一段时间，而7月为多雨的夏季，雨水冲刷及大气气象条件都有利于空气污染物沉降和扩散#
3结论
(1)2015—2017年秋季东三省秸秆焚烧火点数逐年增多，特别是黑龙江省不仅火点数多而且火点分布广，火点聚集区有逐年向西扩展的趋势。东三省的火点数差异除不同省份间的政策落实程度不同外，还与粮食播种面积存在关联#
(2)2015—2017年秋季秸秆焚烧期间东三省的气团主要对东三省内部产生影响。秸秆焚烧对AQI的影响主要分成3个阶段：平缓阶段、上升阶段和下降阶段，说明秸秆焚烧对AQI有显著影响。秸秆焚烧对PM2.5、PM10、NO2、CO和SO z有显著影响，而由于来源不同，不受影响。
(下转第663页)
谢鹏程等基于能源活动的碳排放清单及减排措施研究一以广州市为例
的34：60：6。煤炭消费下降，但煤炭、油品消费所占份额仍然很大#未来在清洁能源竞争力提高、工业产业升级的背景下，能源结构向清洁化、低碳化发展已成必然，减少工业用煤对控制煤炭消费总量尤为重要，“去煤化”将是工业部门能源结构调整的重点#扩大天然气利用规模，加快推进工业燃料和交通燃油替代，建设一批各具特色、冷热电三联供的天然气分布式能源站#积极发展可再生能源，提高可再生能源占能源消费的比例#
(3)大力发展绿色交通，践行绿色出行理念#广州市作为国家节能与新能源汽车示范推广试点城市，建议大力发展高承载力的公共交通工具，推行集约化出行公交模式#提升港口、航道等基础设施服务能力，完善内河航道与疏港铁路、公路等集疏运网络，加强对外铁路、公路运输通道建设，积极推进铁路引入港口和机场，加快发展铁水、公铁、空铁、江河海联运的无缝对接#加快面向长距离、大载荷电动汽车及氢燃料电池车技术研发进程，促进面向空运和海洋的清洁燃料替代技术和动力装备技术研发，提高天然气车/船占公路客/货车和水路货船的比例；积极推进生物燃油在航空和水路运输领域的示范和推广。
(4)以高耗能企业为重点，推进行业能效提升#广州市重点耗能企业主要包括电力、热力生产和供应业
、纺织业、石化、金属制品业等，在能源消费总量和碳排放强度双重控制下，能效水平低的部分产业必将退出产能，为优势产业腾出能耗空间#目前，广州市电力、纺织、建材等行业的能效水平尚未达到国内和国际领先水平，尚有较大的提升空间，通过压缩过剩产能、推广低碳产品、推进园区集中供热、鼓励余热利用，实施节能技改等方式，着力提高高耗能行业产业能效#对新建产能，以世界先进技术和能效水平为准绳，高起点建设具有世界先进水平的标杆工厂#
(5)以宣传示范为重点，倡导低碳生活模式。2016年"广州市居民生活碳排放量约占能源活动碳
排放总量的5%。通过使用节能电器、倡导绿色低碳生活方式、减少无效能耗、鼓励步行或公共交通出行方式等实现居民生活部门的碳减排。积极开展低碳社区、低碳园区等示范试点"加大对低碳、循环理念的传播力度，着力引导全市人民生活模式的低碳化。
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编辑：黄苇(收稿日期：2020-02-18)
(上接第613页)
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31'
编辑：陈锡超(收稿日期:2020-02-26)
