卫星数据估算中国非农业生物质燃烧排放

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生物质燃烧,主要包括森林火灾、草原火灾、露天秸秆燃烧以及室内燃料的使用,对大气贡献大量的痕量气体和颗粒物,对区域大气污染和全球气候变化起着重要作用。中国作为亚洲的一个大国,拥有960万平方公里的广大国土面积,诸多国内研究、官方统计数据及报告都表明,每年在中国境内发生的露天燃烧还是非常频繁,其影响也是非常广泛的,因此估算中国生物质燃烧排放,对进一步研究生物质燃烧对我国区域大气环境的影响,以及对我国温室气体总量贡献等方面具有十分重要的意义。   本文研究比较了三种与燃烧相关的火卫星数据产品:L3JRC燃烧面积产品(由SPOT(Systeme Probatoire pour lObservation de la Terre)卫星反演得到的燃烧面积产品,空间分辨率为1公里)、MCD45A1燃烧面积产品(来自于MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)传感器,空间分辨率为500米)以及MODIS火点产品(同样由MODIS传感器提供,空间分辨率为1公里),并且利用前两种燃烧面积产品估算了2000-2007年中国非农业生物质燃烧及相关排放。本研究之所以主要针对中国非农业生物质燃烧排放,是因为研究表明利用卫星产品在反演农业生物质燃烧面积时并没有十分有效的算法。   本研究涉及的其它卫星数据还包括:2000年全球植被地图-中国(Global LandCover Dataset2000-China,以下简称GLC2000中国),本文利用该植被地图定义中国的土地利用类型(共分为24类),空间分辨率为1公里;MODIS的VI(Vegetation Indices)产品,用来得到NDVI(Normalized Difference VegetationIndices,归一化植被指数)的时间序列,空间分辨率为1公里;MODIS的VCF(Vegetation Continuous Fields)产品,用来确定植被木本、草本和裸露地表的百分比,空间分辨率为500米。   在估算生物质燃烧排放量上,本文采用的是经典的生物质燃烧排放生态学模型,其中燃烧面积和火灾发生的时间地点信息由卫星火产品得到,地上生物量密度是根据不同的植被类型和省份进行划分的。此外,在估算燃烧因子时,燃料含水量、植被百分比也被考虑在内,作为计算燃烧排放的重要影响因素。   L3JRC和MCD45A1两种产品的燃烧面积和利用其估算得到的燃烧排放结果均表现出明显的空间分布、季节性和年际变化,变化规律与国家年鉴的记录报道基本一致,但平均而言,前者的燃烧面积是后者的16倍左右。L3JRC产品估算的非农业生物质燃烧排放主要集中在中国的北部和西南部地区,特别是在春季和秋季。而MCD45A1产品估算出的燃烧排放也主要集中在中国的东北部和南部地区,尤其在春季。两种燃烧面积产品的估算结果均表明,森林植被是中国非农业生物质燃烧排放的最主要贡献者。通过与中国林业年鉴的详细比较,本研究认为,MCD45A1产品的燃烧面积在中国地区更为适用。   根据L3JRC产品估算出中国2000-2007年非农业生物质燃烧的年均排放为:137.8(108.8-172.9) Tg(1Tg=1012g)二氧化碳,6.9(5.5-8.7)Tg一氧化碳,0.25(0.22-0.34)Tg一氧化氮,0.9(0.71-1.13)Tg PM2.5(PM,Particulate Matter,粒径小于2.5μm的颗粒物),0.06(0.05-0.07)Tg碳黑(Black Carbon,以下简称BC)和0.56(0.44-0.7) Tg有机碳(Organic Carbon,OC)。   MCD45A1产品估算的中国2000-2007年非农业生物质燃烧的年均排放为结果如下:3.0(0.5-8.4)Tg二氧化碳,0.15(0.03-0.42)Tg一氧化碳,0.006(0.001-0.016)Tg氮氧化物,0.017(0.003-0.052)Tg PM2.5,0.001(0.0002-0.0035)TgBC和0.01(0.002-0.032) Tg OC。
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