(1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012；2.深圳市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 深圳 518049； 3.浙江省環(huán)境監(jiān)測中心，浙江 杭州 310012；4.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210029)

秸稈焚燒是農(nóng)民在收獲后對作物秸稈進行焚燒的一種活動，每年到了收獲季節(jié)，我國部分糧食主產(chǎn)區(qū)會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的秸稈焚燒現(xiàn)象。秸稈焚燒嚴(yán)重影響大氣環(huán)境質(zhì)量[1-3]。在夏秋季節(jié)，尤其是在每年的6-7月份收割季節(jié)，農(nóng)民將大量的廢棄秸稈直接在田地里焚燒，導(dǎo)致空氣中總懸浮顆粒(TSP)濃度明顯升高，焚燒產(chǎn)生的濃煙中含有大量的CO、CO2和SO2等有毒有害氣體，對人體健康產(chǎn)生不良影響。

長江三角洲區(qū)域北起通揚運河，南抵杭州灣，西至南京，東到海濱，包括上海市、江蘇省南部、浙江省北部以及鄰近海域(圖1)。該地區(qū)即是經(jīng)濟發(fā)達區(qū)也是綜合性的農(nóng)業(yè)高產(chǎn)區(qū)域，以多種經(jīng)營和精耕細(xì)作見長，每年產(chǎn)生大量秸稈，大面積露天秸稈焚燒造成嚴(yán)重的空氣污染，正日益受到廣泛關(guān)注[1，2，4]。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有時效性強、資料獲取快捷和費用低廉的特點，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以動態(tài)、準(zhǔn)確地監(jiān)測大范圍的秸稈焚燒火點狀況。2012年6月中旬，長江三角洲地區(qū)經(jīng)歷了一次大范圍的重霾污染天氣過程。本文利用該時段MODIS影像監(jiān)測秸桿焚燒點的空間分布狀況，結(jié)果顯示當(dāng)時在江蘇北部地區(qū)存在著明顯的秸桿焚燒區(qū)域(圖2)。本次污染天氣過程中長江三角洲地區(qū)17座城市的API數(shù)據(jù)，分析MODIS火點與API時空分布的相關(guān)性，初步評估秸稈焚燒對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。

圖1 長江三角洲位置圖

圖2 2012年6月10-13日長江三角洲地區(qū)秸稈焚燒火點分布

1 秸稈焚燒火點數(shù)據(jù)提取方法

目前，NASA發(fā)射的Terra和Aqua衛(wèi)星上的MODIS是最常用的秸桿焚燒的衛(wèi)星遙感傳感器，該數(shù)據(jù)每天覆蓋全球一次，具有36個光譜通道，分布在0.4～14μm波譜范圍內(nèi)，可以應(yīng)用在地表覆蓋變化、生物生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、氣候預(yù)測和自然災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域。MODIS遙感器的儀器特征參數(shù)從設(shè)計上考慮了火災(zāi)監(jiān)測功能，因此從火災(zāi)監(jiān)測角度看其監(jiān)測能力大大超越了其它遙感儀器，可以探測到面積比氣象衛(wèi)星更小更多的火點，最小面積可達50m2，能更真實、更詳細(xì)地反映秸稈焚燒的現(xiàn)狀[3，5，6]。

本文，數(shù)據(jù)源以美國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站上下載的Terra/Aqua MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主，通過對不同波段光譜信息組合分析，利用“上下文相關(guān)探測算法”生成焚燒火點信息分布，實際上是熱異常點數(shù)據(jù)。主要原理是通過計算中心點像元與周圍像元溫度的統(tǒng)計特征，設(shè)置若干閾值和判斷依據(jù)實現(xiàn)熱異常探測，主要處理過程包括去云、耀斑濾除、火點確定、地表覆蓋類型判斷等；然后再利用GIS的綜合疊加分析工具，將熱異常信息數(shù)據(jù)與高分影像提取的土地利用覆蓋數(shù)據(jù)中的耕地信息進行疊加分析，進一步確定秸稈焚燒火點。通過比較連續(xù)多天的火點分布情況并疊加土地利用類型圖，提取農(nóng)田區(qū)域內(nèi)的火點，排除一些典型的類似鋼鐵廠等的誤判火點。在非秸稈焚燒固定火點的處理中，部分火電廠、鋼鐵廠的準(zhǔn)確位置及坐標(biāo)可以通過網(wǎng)上查詢已有的資料取得。其他固定火源的判別和篩選是通過比較長時間序列的火點特征確定，即同一位置如在三個月內(nèi)都出現(xiàn)火點，則被判斷為固定的非秸稈焚燒火源而去除，否則予以保留。考慮到幾何定位可能存在誤差，對于 1km 范圍內(nèi)的簇狀點群以其中心點作為 1個火點，刪除其周邊點，最終獲得研究地區(qū)的焚燒火點分布數(shù)據(jù)。

2 空氣污染指數(shù)

空氣污染指數(shù)(Air Pollution Index，簡稱 API)是一種反映和評價空氣質(zhì)量的方法，就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物的濃度簡化成為單一的概念性數(shù)值形式、分級表征空氣質(zhì)量狀況與空氣污染的程度。這是一項對可吸入顆粒物(PM10)、SO2、NOx和O3在市區(qū)不同地點的 24 小時監(jiān)測而發(fā)布的一個與污染物質(zhì)量濃度分段線性相關(guān)的一個數(shù)據(jù)指數(shù)，可以定量和客觀的評價空氣環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)。在我國的大多數(shù)城市，全年大約 85%～90%的首要污染物為可吸入顆粒物，其次為SO2。空氣污染指數(shù)數(shù)據(jù)來自于中國環(huán)境監(jiān)測總站每日公布的城市空氣質(zhì)量日報。

3 結(jié)果與分析

3.1 秸稈焚燒火點分布

2012年6月13日長江三角洲秸稈焚燒遙感共監(jiān)測到焚燒區(qū)域34處(圖2)，發(fā)生區(qū)域相對集中在蘇北、浙北平原等農(nóng)業(yè)較發(fā)達地區(qū)。

3.2 空氣污染指數(shù)(API)狀況

2012年6月10-13日，長江三角洲地區(qū)經(jīng)歷了一次大范圍的重霾污染天氣過程，蘇北地區(qū)大部分市API值均接近或超過100的污染限值，首要污染物均為可吸入顆粒物(圖3)。從6月10日開始，江蘇省13市的API值均呈快速上升趨勢，到6月13日，受氣象因素影響，南京、無錫、徐州等8座城市API值已超100，達到Ⅲ1輕微污染級別，其中徐州當(dāng)日API值高達314，為Ⅴ重度污染級別，杭州，湖州和紹興也達到100以上。至此，長江三角洲大部分地區(qū)處于能見度極低的灰霾籠罩之中。隨著25日污染物逐漸擴散，全區(qū)的污染指數(shù)開始逐步下降，到30日API值基本回歸正常，污染過程基本結(jié)束。

3.3 秸稈火點與API相關(guān)性分析

長江三角洲地區(qū)6月份秸稈焚燒的主要區(qū)域位于蘇北，鄰近區(qū)域如山東、河南、安徽也處于麥?zhǔn)掌陂g，這些區(qū)域也是我國主要的秸桿燃燒區(qū)。由6月10日-13日長三角地區(qū)API空間分布圖來看，蘇北地區(qū)處于高值區(qū)，徐州、連云港地區(qū)API和火點分布的空間吻合性，蘇中南部和浙江等主要城鎮(zhèn)區(qū)API相對較低。經(jīng)氣象資料查詢，該區(qū)域這個時期近地面大氣穩(wěn)定，由此可以判斷區(qū)域秸桿燃燒產(chǎn)生的細(xì)粒物是蘇北API高值的主要貢獻因子。從區(qū)域生態(tài)格局特征上看，蘇南、上海、浙北以城鎮(zhèn)用地為主，城市熱島效應(yīng)使該區(qū)域地面氣流以上升為主，與周邊空氣形成局地對流，在近地面形成一個氣流的匯聚中心，使蘇北API的高值區(qū)逐漸向南移動，由6月11-13日污染物空間分布格局圖可以發(fā)現(xiàn)API向南擴散的過程，至13日，南京，杭州等API值達到最大，成為空氣污染核心。

4 結(jié) 論

(1)利用衛(wèi)星遙感手段對秸稈焚燒火點進行監(jiān)測，是對地面常規(guī)監(jiān)測方法的有效補充。MODIS數(shù)據(jù)具有波段多、靈敏度高、時效性強等特點，能夠較好地監(jiān)測與監(jiān)控地面火點秸稈焚燒現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對于科學(xué)、準(zhǔn)確、迅速地了解秸稈焚燒動態(tài)變化，提高預(yù)警能力和監(jiān)督檢查的效率具有重大意義。

(2)由長三角地區(qū)火點與API的區(qū)域相關(guān)分析可知，在有利氣象條件下，秸稈焚燒活動可以加劇區(qū)域空氣污染，給生態(tài)環(huán)境、人體健康、城市交通都帶來了重大影響，因此在區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報中應(yīng)該加入秸桿焚燒因素的影響。

圖3 2012年6月10-13日長江三角洲地區(qū)API分布

參考文獻：

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[2]朱彬，蘇繼鋒，韓志偉，等.秸稈焚燒導(dǎo)致南京及周邊地區(qū)一次嚴(yán)重空氣污染過程的分析，中國環(huán)境科學(xué)，2010，30(5)：582-592.

[3]厲青，張麗娟，吳傳慶，等.基于衛(wèi)星遙感的秸稈焚燒監(jiān)測及對空氣質(zhì)量影響分析，生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2009，25(1)：32-37.

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