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研究揭示我国东北露天秸秆焚烧排放的颗粒物理化及光学特征

发布时间:2020-04-30 10:21:00

  露天秸秆焚烧排放的颗粒物以及污染性气体严重影响区域空气质量和人体健康。近几年我国秸秆禁烧管理虽成效显著,但东三省秸秆焚烧仍较突出,是导致该地区重霾污染的重要因素之一,随着针对不利扩散气象条件影响严重的秋冬季的管控措施加强,2016年之后露天焚烧集中季节逐渐转变为春季,给该季节良好的空气质量带来较大隐患(Wang et al., 2020)。但该地区针对露天秸秆燃烧排放的颗粒物理化及光学特征仍缺乏系统性研究。

  我所王跃思研究员课题组王莉莉副研究员联合中国环境科学研究院、首都师范大学、国家卫星气象中心、北京市人工影响天气办公室、伦敦国王学院等多家单位,在佳木斯市环保局、桦川县气象局和北京赛克玛环保仪器有限公司等单位和领导的大力支持下,于2018年4月进行了野外露天秸秆焚烧实验(图1)。通过自主搭建的高时间分辨率便携式野外烟气监测装置,在典型农作物(水稻、玉米)的焚烧的烟气进行了现场采样。研究结果表明(图2),焚烧释放的颗粒物主要集中在细粒子中,且明烧释放的颗粒物数浓度高于闷烧,水稻释放高于玉米;PM2.5化学组分中,碳质组分占比最高(50%),水溶性离子中Cl-和K+主要示踪离子(10%),并给出了OC/EC, K+/OC 和K+/EC 的定量结果。本研究突出贡献是首次利用多波段手持黑碳仪(MA200)研究了秸秆在不同燃烧状况黑碳和棕碳的吸收特征。结果显示燃烧平均吸收Angstrom指数(AAE)为2.1,而棕碳AAE为4.7;水稻和玉米秸秆燃烧排放棕碳吸光系数占总吸收分别是65%和60%(375nm波段);燃烧状态影响碳质气溶胶光学性质,AAE和校正燃烧效率(MCE)成显著反比,且明烧阶段排放的黑碳和棕碳的吸光系数都高于焖烧阶段,但是棕碳吸光占比却相反;此外,棕碳吸收系数的参数化显示,棕碳吸光占比与波长和EC/OC成反比,与AAE成正比。

  本研究结果为厘清东北露天秸秆焚烧对重霾污染贡献提供有力的科学依据,同时也为未来在保证空气质量的前提下,利用数值模型在扩散有利的气象条件下有序引导秸秆焚烧指导提供科学数据。

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图1. 东北露天秸秆焚烧实验现场

 

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图2.秸秆燃烧排放颗粒物的理化及光学特征

  参考文献:

  Wang L., X. Jin, Q. Wang, H. Mao, Q. Liu, G. Weng, and Y. Wang, 2020: Spatial and temporal variability of open biomass burning in Northeast China from 2003 to 2017. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 1-8.

  Link: https://doi.org/10.1080/16742834.2020.1742574

  Wang Q., L. Wang, X. Li, J. Xin, Z. Liu, Y. Sun, J. Liu, Y. Zhang, W. Du, X. Jin, T. Zhang, S. Liu, Q. Liu, J. Chen, M. Cheng, and Y. Wang, 2020: Emission characteristics of size distribution, chemical composition and light absorption of particles from field-scale crop residue burning in Northeast China. Science of The Total Environment, 710, 136304.

  Link: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136304



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