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(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

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

//jcnkf105015Monitoring

of

straw

burning

in

autumn

and

its

influence

on

air

pollution

in three

provinces

of

northeast

China

from

2015

to

2017

LYU

Xin1

,

GUO

Qingbiao1

,

J

8ANG

Chuanli1

,

HUANG

Haihong2

7

(1.

School

of

Geomatics

?

Anhui

University

of

Science

and

Technology

,

Huainan Anhui

232001

；

2.

Institute

of

Forestry

,

Jiangxi

Vocational

College

of

Environmental

Engineering

,

Ganzhou

Jiangxi

341000)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

pol

u

ion

inAhree

provinces

of

norAheasAChina

from

2015Ao

2017

was

conducAedbyusingsshowedAhaA:

(1)sAraw

burning

poinAs

inAheAhree

provinces

of norAheasAChinaAendedAo

be

increasing

from

2015Ao

2017

andAhe

straw

burning

points

high-density

area

gradually

expanded

westward.

(2)

The

air

mass

in

the

three

provinces

of

norAheasAChina

a

fecAedAhe

local

area

influence

of

sAraw

burning

on

AQI

was

divided

inAo

3

periods

of

sAableperiodincreasingperiodanddecreasingperiodindicaingasignificanAefecA.(3).SArawburninghadsignificanA

influenceonPM2.5

PM10

NO2

COandSO2

excepAO3

becauseAhesourceofO3

ds:

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

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

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

“6*。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

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)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。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

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、201811)；安徽省高校自然科学研究项目(2019A0135)

#-611

-

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

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

开展综合分析#1数据与方法1.1

数据来源与处理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Table1

Thespatialandtemporaldistributionofstraw

burningpointsinthreeprovincesofnortheastChina省份城市火点数2015

年

2016

年

2017

年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

双鸭山市165146223于天气后报网(http:

//www.

tianqihoubao.

com/)。

日评价时O3用最大8

h平均浓度，其他空气污染物

用24

h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1.2.1

HYSPLIT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500

m为起始高度,

24

h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

-612

-佳木斯市155173214齐齐哈尔市93118257哈尔滨市7389374黑黑河市7241122龙江鸡西市611895省绥化市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吉白城市3723232林长春市2148282省吉林市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辽阜新市642宁省辽阳市6613葫芦岛市2营口市21大连市1盘锦市12朝阳市42.2

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「300

-250

-

g

200

-

V

150100—2015

年

----2016

年

-—2017年120

-100

-—2015年2016

年-—2017年馬80-

延60

-

黑40

-W)

I

O

5加oZ

z

O

6

e

O

W)o«Z

6二

7g20

-

0

-----1o

岑

O

OV)oZe

6&

V)o

ZI

6I日期(月-日)(a)AQI曲线日期(月-日)(b)火点分布图1

2015—2017年10—11月哈尔滨市AQI曲线和火点分布Fig.1

AQI

curve and

burning

points

distribution

in Harbin in

October

and

November

from

2015

to

2017表2不同时段各项空气污染物质量浓度均值Table2

Mean

massconcentrationsofairpolutantsineachperiodPM2.5时段123/(#g

・

m

3)199PM10/(#g・

m

3)283NO2

/(#g

・

m

3)CO/$mg

・

m

3

)SO2

/(#g

・

m

3)O3/(#g

・

m

3)6031351.4324237534379392063510.800.652015—2017年10—11月AQI曲线及火点分布见

量造成影响#

(2)3个时段的NO2质量浓度均值依

图1。3年的AQI曲线总体相似，可分成3个阶段：

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、

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#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

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

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

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

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

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

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

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PMz,5和PM"浓度较时段2和

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

时段3显著升高#时段1的PM10质量浓度最高值

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SOz有显著影

达到424

#g/m3，时段1的PMz,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

响，而由于来源不同，不受影响。(下转第663页)613

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

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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

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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。参考文献：[1*蔡博峰•中国城市温室气体排放清单研究[*•中国人口

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版社

2017*[9

SOWKA

I,BEZYK

ouse

gasemissionaccountingat

urban

level:

a

case study

of the

cty

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Wroclaw

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[J*.

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:289-298.编辑：黄

苇

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burningon

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1822,

31'编辑：陈锡超

(收稿日期:2020-02-26)

663