利用遙感技術(shù)，可在大尺度內(nèi)快速獲取地面信息，對焚燒火點的位置和焚燒煙塵的分布等進行準實時監(jiān)測，為評價2008年重點禁燒區(qū)域的秸稈禁燒效果，及相應(yīng)N02的污染變化情況，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測了2008年6-8月期間上述九省市的禁燒狀況，以及對流層N02柱濃度區(qū)域分布狀況．衛(wèi)星遙感監(jiān)測焚燒火點，是在獲得地表熱異常點的基礎(chǔ)上，再利用土地分類數(shù)據(jù)確定火點類型，監(jiān)測獲得秸稈焚燒信息，本研究利用美國航天航空局(NASA)/Aura衛(wèi)星上的臭氧探測儀(OMI)數(shù)據(jù)監(jiān)測秸稈焚燒地區(qū)的對流層N02柱濃度，評價秸稈禁燒情況以及相應(yīng)的N02濃度狀況，并在此基礎(chǔ)上分析秸稈禁燒對N02柱濃度的影響。
農(nóng)作物秸稈可以經(jīng)過秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制成圓柱狀和塊狀的生物質(zhì)顆粒燃料，這樣做不僅可以解決農(nóng)作秸稈的燃燒問題，而且還可以增加老百姓的收入，何樂而不為呢。
1、研究方法
生物燃燒的火點溫度通常在500_1200Kl6]，按照維恩位移定律，這一溫度范圍的黑體輻射能量集中在2.5～5.7um.由于衛(wèi)星觀測像元空間尺度較大，實際的秸稈焚燒往往不能充滿整個像元，觀測的燃燒火焰輻射峰值一般分布在4-5um的中紅外區(qū)域，這種溫度異常點和常溫背景(300K)在輻射峰值區(qū)具有明顯差異，秸稈焚燒點溫度異常像元與常溫背景像元在中紅外和熱紅外波段輻射能量的差異是衛(wèi)星遙感監(jiān)測秸稈焚燒火點異常的基礎(chǔ)．美國上午星(Terra)，下午星(Aqua)上都搭載了中分辨率成像光譜儀(MODIS)遙感器，其有36個波段，包括中紅外和熱紅外探測波段，以及相應(yīng)用于監(jiān)測非高溫異常引起的虛假火點等探測波段，用于秸稈焚燒監(jiān)測的MODIS通道中心波長和用途見表1．
秸稈焚燒火點的衛(wèi)星遙感監(jiān)測算法包括：溫度異常像元的確定；背景像元平均溫度的獲取；非高溫引起的溫度異常像元去偽和溫度異常像元中秸稈焚燒點的確定，
溫度異常像元主要利用像元在中心波長為4岬和llpm 2個通道亮度溫度值來判斷．即4岬處的通道亮度溫度T(4um)要大于設(shè)定的被認定為潛在火點的亮度溫度值PT(4Um),且4um和llum波長處通道亮度溫度差值也要同時大于這2個探測通道潛在火點的亮度溫度差閾值．背景像元平均溫度值的獲取依賴于所選統(tǒng)計的背景窗口，對于空間分辨率為1～2km的數(shù)據(jù)，Giglio等建議窗口的變化范圍為(3x3)～(21x21)個像元面積.MODIS標準火點產(chǎn)品MOD14則采用大小固定為5x5的窗口，本研究針對不同地區(qū)開展了不同空間尺度的統(tǒng)計試驗，在溫度異常去偽方面主要考慮了太陽耀斑的影響；為了將秸稈焚燒點和其他火點進行區(qū)分，基于土地覆蓋類型數(shù)據(jù)，將監(jiān)測出的火點分成秸稈焚燒、林火和草原火3種類型，其中秸稈焚燒數(shù)據(jù)是本研究關(guān)注的對象．比較詳細的秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測算法參考文獻,
目前利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測對流層N02柱濃度主要利用差分吸收光譜算法，該算法主要利用425-450nm之間窗口通道的探測量，反演獲得太陽輻射以及被地面反射到衛(wèi)星傳感器的整個光路的N02斜柱濃度．基于SCIATRAN軟件獲得的大氣質(zhì)量因子將N02斜柱質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)為垂直柱濃度，最后減去利用大氣化學模式或其他方式獲得平流層N02濃度，就獲得了對流層N02柱濃度.N02柱濃度詳細反演算法參考文獻。
2、監(jiān)測結(jié)果
2.1 秸稈焚燒監(jiān)測結(jié)果
根據(jù)試驗調(diào)整后的算法背景窗口和關(guān)鍵閾值對MODIS lB數(shù)據(jù)進行處理，就可得到秸稈焚燒區(qū)域火點監(jiān)測結(jié)果．圖l是2007年6月12日利用MODIS數(shù)據(jù)合成的真彩色圖上疊加了秸稈焚燒點（紅點）監(jiān)測結(jié)果圖，從圖1中可以清晰地看出云覆蓋情況，火點位置及所在行政區(qū)的分布情況，攜帶MODIS載荷的衛(wèi)星在華北地區(qū)每天上午和下午各過境1次，因此基于MODIS數(shù)據(jù)，在監(jiān)測區(qū)域無云情況下，每天上午和下午可以分別獲得1幅秸稈焚燒點監(jiān)測結(jié)果，但在云覆蓋區(qū)域無法獲得監(jiān)測結(jié)果，
按上述方法對2007年和2008年6-8月的有效MODIS數(shù)據(jù)進行處理，得到每日秸稈焚燒點分布信息，再按月分別進行秸稈焚燒點累計，得到每月禁燒區(qū)實際發(fā)生的焚燒情況，圖2是2007年和2008年6—8月按月累計的秸稈焚燒點分布情況，圖3是按月統(tǒng)計的秸稈焚燒點的日均值，
由圖2和圖3可見，在華北平原麥收季節(jié)（每年6-7月），2008年實施秸稈禁燒后的秸稈焚燒點數(shù)，和2007年同期相比有明顯的下降．但2008年8月份統(tǒng)計區(qū)的秸稈焚燒點數(shù)較2007年8月反而有微弱上升．
2.2 N02柱濃度
N02數(shù)據(jù)來自荷蘭皇家氣象學院(KNMI)的基于oⅣn數(shù)據(jù)反演得到的對流層N02柱總量月均值，OMI數(shù)據(jù)反演得到的星下點像元分辨率為(13.5x24)km2.具體取樣統(tǒng)計的華北附近區(qū)域范圍為300N-410N，1150E～120.50E，對該范圍內(nèi)2007年和2008年6—8月的對流層N02平均垂直柱總量月均值變化進行統(tǒng)計，用2007年的N02平均垂直柱總量月均值減去2008年的N02平均垂直柱總量月均值，得到2007年和2008年N02的柱總量月均值變化分布（圖4），2007年和2008年6-8月的N02垂直柱密度總量月均值(圖5)。
由圖4和圖5可見，2008年實施秸稈禁燒后，和2007年同時期相比，2008年6--8月對流層N02垂直柱總量月均值稍有降低，但不顯著．
3、討論
利用遙感手段可以長期有效地監(jiān)測大面積的火點分布情況，遙感具有的“大面積”和“區(qū)域連續(xù)分布”特點是其他監(jiān)測手段不具備的，但也存在一定的不確定性，
遙感數(shù)據(jù)受衛(wèi)星過境時間的限制，遙感數(shù)據(jù)為瞬時數(shù)據(jù)．本研究采用的MODIS數(shù)據(jù)搭載在Terra、Aqua平臺上重訪時間為ld，通過遙感數(shù)據(jù)反演的火點只代表Terra和Aqua過境某一時刻覆蓋區(qū)域的火點分布情況，不能代表ld中所有火點的分布情況；當監(jiān)測區(qū)域被云覆蓋時，云下可能有火點發(fā)生，但紅外遙感監(jiān)測不到．所以，本研究盡量選取晴天少云數(shù)據(jù)進行秸稈焚燒點反演．
另外，在N02柱濃度衛(wèi)星遙感反演算法方面，對流層N02柱濃度反演結(jié)果嚴重依賴于圖像各像元中云所占的百分比，一些文獻中提到，即使很少量(5%～20%)的云都可能使反演結(jié)果降低40%.也有學者認為，由于污染和云導致OMI的N02反演結(jié)果存在20%-50%的垂直柱濃度誤差．與此相反的說法指出，由于云反射的影響，低云和霧也能提高探測傳感器對痕量氣體探測的靈敏度，當一定量的N02位于低云之上或之中的時候，云也能使N02柱濃度的反演結(jié)果增大．本研究中N02反演是針對云量少于10%的像元進行反演，但在云量判斷方面存在一定程度的誤差，會影響監(jiān)測結(jié)果．
由于NOx壽命較短，其主要效應(yīng)將表現(xiàn)為局地性或區(qū)域性，說明利用遙感手段獲得的瞬時NOz柱濃度來自于目標區(qū)域附近，該N02柱濃度可以近似代表目標區(qū)域的N02柱濃度，另外NOx的壽命受溫度等因素影響變化較大，從而使得NOx監(jiān)測存在不確定性．
本研究采用的OMI數(shù)據(jù)和下午星MODIS的過境時間都在14:00左右，可以近似認為秸稈焚燒火點監(jiān)測和N02柱濃度監(jiān)測是同一時刻的。
在本研究區(qū)域，2008年6--7月每天平均獲得了40個左右的秸稈焚燒點，遠遠少于2007年近250個點的平均值，說明這2個月禁燒令的實施是較有效的，而2008年8月份的秸稈焚燒點反而比2007年有少量增加．出現(xiàn)這種情況可能是由于遙感監(jiān)測的不確定性或數(shù)據(jù)統(tǒng)計的時間差，2008年8月僅有20d數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計，而2007年8月有31d．
利用和秸稈焚燒監(jiān)測相近時間過境的衛(wèi)星獲得的N02柱濃度結(jié)果，獲得2年間6-8月N02柱濃度的變化量．結(jié)果表明6月在秸稈焚燒點下降比較多的江蘇和河南，N02柱濃度也相對減少．7月華北平原大部分地區(qū)的秸稈焚燒禁燒點都有明顯減少，相應(yīng)的在N02柱濃度變化量方面出現(xiàn)大范圍的減小態(tài)勢；從8月焚燒點的分布情況來看，山東和江蘇的秸稈焚燒點有少量增加，但N02柱濃度呈部分地區(qū)減少，部分地區(qū)增加．應(yīng)該說N02柱濃度的變化不全來源于秸稈焚燒點的變化，除了秸稈生物質(zhì)燃燒外，工廠排放也是N02的主要來源.2008年秸稈禁燒期間對北京周邊地區(qū)污染排放嚴重的企業(yè)也實施了減產(chǎn)或停產(chǎn)措施，這些排放源的變化對N02柱濃度均有影響，其次天氣因素直接影響污染物的擴散狀況．本研究利用N02月平均濃度的變化量，目的就是盡量消除天氣因素、未進行減產(chǎn)和停產(chǎn)的工廠等固定點排放源等因素帶來的影響，綜合來看，在2008年6-7月北京周邊地區(qū)很多工廠未實行減產(chǎn)或停產(chǎn)的期間，秸稈焚燒點大量的下降是N02柱濃度變小的主要原因．而正在奧林匹克運動會期間的8月，應(yīng)該說北京周邊該控制的排放源基本實施到位，工廠減排是降低N02柱濃度的重要因素，而秸桿禁燒對N02柱濃度的降低影響不大。
4、結(jié)語
2008年國家實施的秸稈禁燒措施對秸稈焚燒的控制取得了明顯的效果，這一生物質(zhì)焚燒源的控制也相應(yīng)減少了相關(guān)地區(qū)的大氣N02濃度．衛(wèi)星遙感技術(shù)的瞬時大面積并具有周期性重復獲取信息的特點，可以在區(qū)域尺度上為環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測服務(wù)，是大氣傳統(tǒng)監(jiān)測手段的一個補充。
富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質(zhì)顆粒燃料成型機械設(shè)備，同時我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
