生物质燃烧因瞬时释放大量的气体及颗粒物对空气质量、大气环境甚至气候变化等产生重要影响，而备受国内外学者的关注。我国的生物质燃烧以农作物秸秆露天燃烧为主，近年来，因农作物秸秆露天燃烧引起的区域雾霾污染时有发生。其中，东北地区是我国雾霾污染和农作物秸秆露天燃烧严重的地区之一，但是目前该区源排放与区域雾霾污染方面的研究相对薄弱，为此，东北地理所科研人员针对生物质燃烧源排放及其对大气环境影响开展了相关研究。
针对东北地区生物质燃烧严重和雾霾污染频发的问题，开展了生物质燃烧的火点监测与预测、污染物排放特征分析与清单构建、大气环境影响与评估等方面的系列研究。基于多源卫星遥感数据开发了一套生物质燃烧源大气污染物的近实时排放清单，实现了源清单和空气质量模式的无缝对接，满足了空气质量预报预警模式对排放清单的本地化、高精度和动态化的迫切需求。基于以上近实时排放清单并结合人为源清单和气象数据，采用空气质量预报预警模型WRF-CMAQ定量评估了东北地区生物质露天燃烧及秸秆禁烧政策对区域大气环境的影响。
研究结果显示，东北地区的生物质燃烧以农作物秸秆燃烧为主，包括露天焚烧和室内燃烧，其中东北农村室内秸秆燃烧是当前生物质燃烧的一个重要组成部分。东北地区的生物质燃烧具有明年的时空分布特征，在空间上主要集中在松嫩平原和三江平原两个粮食主产区，在时间上主要分布在秋收前和春耕后，且随着秸秆禁烧政策的变化，农作物秸秆露天燃烧时间逐渐从秋收后 （10-11月）转为春耕前（3-4月）（图1）。
图1. 2012-2019年东北地区生物质燃烧在春耕前、秋收后及其他时间的比例
春耕季秸秆露天燃烧占全年燃烧的比例从2013年的20.5%增加到2019年的77.1%，平均年增长率为20%。当前的秸秆露天焚烧已经对区域大气环境产生了重要的影响。如2015年11月的一次重污染过程中，生物质露天燃烧对东北地区PM2.5浓度的贡献率高达52%。如果在2015年执行2018年的秸秆禁烧政策，则同期PM2.5浓度将会下降48.1%（图2），说明了秸秆禁烧管控政策可有效防止区域雾霾污染的发生。
图 2. 在2015年气象条件及人为源排放情况下，分别添加2015年（a）和2018年（b）生物质燃烧源排放的污染物PM2.5浓度分布图
本研究深化了东北地区生物质露天燃烧对大气环境影响的认识，为东北地区重污染天气预报预警以及政策制定提供了科技支撑。相关成果发表于环境领域国际权威期刊Science of the Total Environment、Remote Sensing上，并参编英文专著《Asian Atmospheric Pollution: Sources, Characteristics and Impacts》。该研究由东北地理与农业生态研究所赵红梅、杨光义、白冰等共同完成。相关工作得到了国家重点研发计划（No：2017YFC0212303；2017YFC0212304）、国家自然科学基金（No：41771504；41571063；41771071）和吉林省自然科学基金（No：20200201214JC）共同资助。
相关专著及论文信息如下：
Hongmei Zhao, Biomass burning emission and impacts on air pollution in China. In Ramesh P. Singh, Asian Atmospheric Pollution: Sources, Characteristics and Impacts. Elsevier, Netherlands, 2021.p:335-348. https://doi.org/10.1016/C2017-0-04174-5
Guangyi Yang, Hongmei Zhao*, Daniel Q Tong, Aijun Xiu, Xuelei Zhang, Chao Gao. Impacts of post-harvest open biomass burning and burning ban policy on severe haze in the Northeastern China. Science of the Total Environment. 2020, (714), 136517. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136517.
Hongmei Zhao*, Guangyi Yang, Daniel Q. Tong, Xuelei Zhang, Aijun Xiu, Shichun Zhang. Interannual and seasonal variability of greenhouse gases and aerosol emissions from biomass burning in Northeastern China constrained by satellite observations. Remote Sensing. 2021, 13, 1005. https://doi.org/10.3390/rs13051005
Bing Bai, Hongmei Zhao*, Sumei Zhang, Xuelei Zhang and Yabin Du. Can neural networks forecast open field burning of crop residue in regions with anthropogenic management and control? A case study in Northeastern China. Remote Sensing. 2021, 13, 3988. https://doi.org/10.3390/rs13193988
Hongmei Zhao*, Guangyi Yang, Aijun Xiu, Xuelei Zhang. A high resolution emission inventory of domestic burning in rural region of Northeast China based on household consumption. Chinese Geographical Science. 2020, 30(5): 921-933.https:// doi.org/10.1007/s11769-020-1154-8.
