中国秸秆焚烧大气污染物高分辨率排放特征研究

发布时间：2020-08-07 11:06

【摘要】：中国是农业大国,秸秆资源丰富。尽管近年来我国加强推进秸秆禁烧、推进秸秆资源化以及秸秆补贴等政策,但仍有大量秸秆在田间焚烧或作为家用燃料燃烧。秸秆的大规模燃烧不仅会造成资源的浪费,而且对雾霾等环境问题以及人体健康带来显著的负面影响。尽管有大量研究关注秸秆焚烧污染物排放情况,但由于有关基础资料的不确定性以及近年来秸秆焚烧量产生巨大变化等因素,现有认识与实际情况差距较大。因此,本文对近年来秸秆焚烧污染物排放高分辨时空分布特征进行研究,对于有针对性地开展秸秆焚烧污染控制、改善环境空气质量具有重要意义。本研究重点开展了以下几个方面的工作:(1)基于活动水平数据和排放因子数据,对全国296个地级市秸秆焚烧污染物排放所在的行政区域进行定量分析,其中包括秸秆田间焚烧和秸秆作为家用燃料燃烧;(2)基于各地级市污染物排放量,结合土地利用类型数据(水田和旱地),人口分布数据(农村人口分布)以及MODIS监测火点数据(农田火点),对秸秆焚烧污染物排放进行空间精细化的再分配;(3)基于MODIS监测火点数据与土地利用类型数据,得到2017年全国秸秆焚烧污染物排放时间分布,以及近20年秸秆焚烧火点的年际变化趋势。另外,本研究利用Monte-Carlo模拟,对相关结果的不确定性进行了相关评估。本研究主要结论如下:(1)本研究全面核算了2017年全国秸秆焚烧1 1种污染物排放总量。BC、OC、PM2.5、PM10、SO2、NOx、NH3、CH4、NMVOC、CO 和 CO2的排放总量分别是 14.6、81.6、189.9、225.8、22.9、59.6、13.5、115.6、203.6、1961.0 和32961.5万吨,其中秸秆作为家用燃料燃烧污染物排放量占总排放量的40.7%～68.8%。由于近年来秸秆禁烧政策的实施和秸秆综合利用率的提高,污染物排放总量(特别是田间焚烧的排放)相对于以往研究结果有明显下降。三大主要农作物中玉米贡献率是40.8%～53.8%,水稻贡献率是14.0%～24.2%,小麦贡献率是1 0.6%～29.5%。(2)在行政区域的基础上,本文对污染物排放强度进行精细化研究。结果表明2017年秸秆焚烧污染物排放强度主要集中在东北地区的吉林省、辽宁省和黑龙江省,华北地区的山东省以及长江中下游地区的安徽省。东北地区污染物的主要来源是秸秆田间焚烧,华北地区和长江中下游地区污染物的主要来源是秸秆作为家用燃料燃烧。东北地区秸秆焚烧污染物排放强度最高,其中BC、OC、PM2.5、PM10、SO2、NOx、NH3、CH4、NMVOC、CO和CO2排放强度集中在0.02～0.5、0.1～3.8、0.3～8.1、0.3～9.5、0.02～0.6、0.009～2.7、0.002～0.5、0.1～3.9、0.3～8.0、1.8～58.3和39.5～1169.3 t/(km2·yr)。在全国地市级尺度及更小尺度上,排放强度的空间差异较大,同种污染物排放强度高值区和低值区比值可达4位数量级。(3)本文对最新的秸秆焚烧污染物排放时间分布进行研究。结果表明2017年秸秆焚烧污染物排放主要集中在3～4月、7月和10月。1～12月各月秸秆焚烧污染物排放量分别占全年排放量的6.3%、7.5%、11.1%、12.8%、8.6%、7.5%、8.4%、7.0%、5.8%、10.0%、8.2%和6.9%。东北地区主要集中在3月、4月和10月;华北地区主要集中在3月、5月、6月和10月;长江中下游地区主要集中在3月、6月、7月和11月。2001～2017年北方地区除了西北地区外,东北地区和华北地区的火点数仍有持续上升的趋势;南方地区秸秆焚烧火点数呈下降趋势。(4)本研究利用Monte-Carlo模拟对结果进行不确定性分析。结果表明秸秆焚烧污染物BC、OC、PM2.5、PM10、SO2、NOx、NH3、CH4、NMVOC、CO和CO2排放的不确定性范围分别为-47～92%、-48～92%、-48～91%、-50～100%、-59～133%、-55～105%、-47～93%、-55～102%、-43～74%、-46～85%和-45～80%。本研究的不确定性范围相对于多数研究偏小,主要原因是本研究在选取基础资料和有关参数时考虑的因素更全面、更具有代表性。与人为源排放的主要大气污染物总量相比,秸秆焚烧的排放量相对较少,主要污染物约占3～4%。但由于秸秆焚烧污染物排放的时空不均匀性,针对特别地区和时间加强秸秆焚烧排放的控制对改善环境空气质量具有重要意义。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X712
【图文】：

技术路线图,秸秆焚烧,污染物排放量,计算方法

本研究将提供高分辨、精细化的秸秆焚烧污染物排放清单。对于结果方面，逡逑本文通过对己有结果进行对比分析以及通过Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法计算本研宄结果的逡逑不确定性范围，具体的技术路线图如图２．１所示。逡逑１２逡逑

火点,类型,再分配,人口

农作物耕种区域的选取主要采用一级类型耕地中的２个二级类型水田和逡逑旱地两个部分。农村人口分布使用土地利用类型中农村居民点用地以及人口空间逡逑分布数据进行再分配。图２．２和图２．３是本研宄所用的２０１５全国土地类型和人口逡逑数据分布图的原始数据。秸秆焚烧污染物排放时间分布引入的是田间火点数进行逡逑再分配。田间火点通过ＭＯＤ１Ｓ探测火点数据与土地利用类型相结合获得。逡逑ＭＯＤＩＳ卫星火点数据来自美国国家航空航天局（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋Ｓｐａｃｅ逡逑Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，邋ＮＡＳＡ），网站网址（ｈｔｔｐｓ：／／ｆｉｎｎｓ．ｍｏｄａｐｓ．ｅｏｓｄｉｓ．ｎａｓａ．ａｏｖ／），该网逡逑站以ｓｈａｐｅｆｉｌｅ文件的形式提供ＭＯＤＩＳ火点数据，分辨率ｌｋｍｘｌｋｍ。在此数据逡逑的基础上利用ＧＩＳ空间分析工具进一步分析提取，叠加地图，可得到精确的火逡逑点统计数据和矢量图，图２．４是２０１７年全国火点分布图。逡逑灌木林逦｜衣村居民点逡逑滃逦Ｈ邋ｔｉｎｔ：逦｜逦ｓ，逡逑ｉｓ逦Ｈ逡逑永久性冰川雷地海洋逡逑图２．２邋２０１５年全国土地利用类型数据空间分布图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｌａｎｄ邋ｕｓｅ邋ｄａｔａ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１５逡

空间分布图,火点,人口数据

．３逦＞逡逑图２．３邋２０１５年全国人口数据空间分布图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．３邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ邋ｄａｔａ邋ｉｎ邋Ｃ

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