西伯利亚生物质燃烧气团远距离传输对中国东北地区大气环境的影响

The biomass burning in Siberia (SBB) has an important impact on regional and even global atmospheric chemistry, environment and its radiation characteristics. The high temperature during combustion process leads to the emissions can be brought into the free troposphere, which allows the pollutants transport a long distance quickly. Although there have been many studies about the effects of SBB on the atmospheric components of surrounding countries and even North America , few researches considered its impact on that of Northeast China. .In this project, we plans to use a variety of satellite observations, such as products of MODIS fire point and aerosol optical depth (AOD), OMI measured aerosol index (AI), aerosol absorption optical depth (AAOD) and concentrations of trace gases (NO2, SO2, O3), AIRS retrieved CO concentration, vertical aerosol profiles observed by CALIOP, and the ground air pollutants monitoring data and particle monitoring lidar products to explore the transportation features of SBB air mass and evaluate the possible impact of SBB on atmospheric environment of Northeast China.

西伯利亚生物质燃烧对区域甚至全球大气化学、环境及大气辐射特性均有重要影响，燃烧过程中较高的温度，导致燃烧排放的污染物能够被带到自由对流层，这使得污染物可以快速的进行远距离传播。尽管以往针对西伯利亚生物质燃烧对周边甚至北美地区大气成分影响的研究有很多，但作为与之距离较近的中国东北地区的研究还很少。.本项目拟利用多种卫星观测资料，如MODIS火点资料，气溶胶光学厚度AOD资料以及OMI测量的气溶胶指数AI,吸收性光学厚度AAOD,痕量气体(NO2，SO2，O3)浓度，AIRS的CO浓度，CALIOP测量的气溶胶垂直廓线资料，以及地面污染物浓度观测资料和地基颗粒物激光雷达等资料，对西伯利亚生物质燃烧影响中国东北地区的大气成分的事件进行研究，分析西伯利亚生物质燃烧气团对中国东北地区污染物的输送特征及其引起的大气成分的变化情况，为定量评估外源输送导致的中国东北地区大气环境的变化提供依据。

本文对西伯利亚及东北地区的火点时空分布特征进行了分析，发现西伯利亚地区火点的高发月份在4~10月份，其中峰值月份出现在7月，其次为5月，火点的年际变化显著，具有零星火灾的性质。东北地区火点的高发的时段分别为3~5月以及10~11月份，其中峰值月份出现在4月份的频率最高，这是由于秸秆燃烧导致的，而且农田火点数目在2013年后增加显著。西伯利亚地区生物质燃烧(SBB)远距离传输对东北地区最北端与俄罗斯交界的区域影响较为频繁，但通过远距离传输到达中国东北地区中部甚至南部的个例相对较少。大范围的远距离传输事件主要发生在5-7月，可以造成东北地区近地面PM2.5浓度高出背景值5-6倍，AOD、CO以及UVAI值增加1倍以上。受东北地区局地排放影响，烟尘气溶胶远距离传输后对局地的NO2和SO2的影响较小。由于部分SBB的持续时间短，范围小，远距离传输导致的空气污染很难与东北地区的局地排放区分开来，为客观评估SBB影响东北地区大气环境的发生频率，对东北地区不同站点的后向轨迹进行了统计分析，发现离西伯利亚越近的站点气团途径西伯利亚的比例越高，传到该站点所需的时间越短，在西伯利亚地区经历的时间越长。对5d的后向轨迹聚类分析表明，来自西伯利亚地区的气团主要分四路到达东北地区。对于传输距离较长的气团，从气团源地往东北地区传输的过程中最开始均为水平传输，但在距离气团终点的40h内均为向下传输，气团均来自气团源地1~3km的高空，因此只要西伯利亚火点源地存在上升运动能够输送到1km以上的高空就极有可能影响我国东北地区。远距离传输事件的发生受天气系统影响较大，大范围持续的污染物传输通常对应火点源区存在动力或者热力条件导致的上升运动，西伯利亚东部存在低值系统，西部存在高值系统，持续的偏北气流将烟尘气溶胶向南输送到东北地区，而当东北地区存在下沉运动时，污染物会由高空输送到地面，引起近地面大气环境污染。