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1大气排放清单和大气遥感张强清华大学地球系统科学研究中心地球系统科学前沿讲座2012年11月19日,北京,清华大学2大气中主要的污染物和温室气体大气污染物传统一次污染物(源于排放):二氧化硫(SO2),氮氧化物(NOx),一氧化碳(CO),可挥发性有机物(VOC),氨气(NH3),气溶胶(TSP,PM10,PM2.5,黑碳,有机碳等)二次污染物(源于大气化学反应):臭氧(O3),二次气溶胶(包括SO42-,NO3-,NH4+,二次有机气溶胶等)新兴污染物:持久性有机污染物(POPs/PAH),汞及其它重金属温室气体二氧化碳(CO2),甲烷(CH4),氧化亚氮(N2O),氢氟碳化物(HFCs),全氟碳化物(PFCs),六氟化硫(SF6)Both(shortliveclimateforcers)黑碳,有机碳,SO42-,臭氧3排放源的分类SourcesCategoriesofEmissions人为源Anthropogenic生物源Biogenic生物质燃烧Biomass电厂,工业,居民,商业,交通,农业等地球源Geogenic火山,土壤,水体,闪电森林火灾,草原火灾植物,动物,细菌,病毒天然源Natural4人类扰动模糊了人为源与天然源之间的界限氮肥的使用加剧了土壤的氮氧化物排放畜牧养殖业的发展增加了动物的甲烷排放开垦、过度放牧使植物源排放减少,而沙尘排放增加气候变化影响森林火灾的强度和频率。。。。。。5大气污染物和温室气体的来源SO2NOxCOVOCNH3PMBCOCHgCO2CH4N2O人为源√√√√√√√√√√√√生物质燃烧√√√√√√√√√√√√生物源√√√√√√√√√土壤√√√√√火山√√√√水体√√√√√闪电√6排放源定量分析的研究目标排放量(magnitudes)空间分布特征(spatialdistribution)时间变化趋势(trends)7排放源的定量方法AnthropogenicBiogenicBiomassAndreaeandMerlet,GBC,2001Duncanetal.,JGR,2003Streetsetal.,JGR,2003Bondetal.,JGR,2004Guentheretal.,AE,2000Guentheretal.,ACP,2006SatelliteInverseModelingEmissionsMartinetal.,JGR,2003Richteretal.,Nature,2005Heinetal.,GBC,1997Palmeretal.,JGR,2003Bottom-upTop-down8内容提要自下而上的定量方法及示例基于卫星遥感的定量方法及示例大气污染物及温室气体全球排放量未来的大气排放及其影响9自下而上的排放定量方法及示例10自下而上的排放定量方法排放量=活动水平×排放因子11自下而上的排放定量方法示例全球生物质燃烧排放数据库(GFED)植被VOC排放模型(MEGAN)人为源排放中国大气污染物排放清单北京市机动车污染物排放全球排放的历史重构12全球生物质燃烧排放数据库:GlobalFireEmissionDatabasesvanderWerfetal.,ACP,2006排放量=过火面积×燃料量×燃烧完全度×排放因子132001-2004年生态系统年均过火面积比例(fromMODISfirecount)Giglioetal.,ACP,2006过火面积比例不确定性141997-2006年生物质燃烧年均碳排放量vanderWerfetal.,ACP,200615植被VOC排放模型(MEGAN)Guentheretal.,ACP,200616全球植被类型分布Guentheretal.,ACP,200617不同植被类型的异戊二烯排放因子Guentheretal.,ACP,200618叶面指数和叶龄对标准排放因子的影响Guentheretal.,ACP,2006Standardcondition:LAI=5m2/m2,leafage:80%mature19全球异戊二烯排放量Guentheretal.,ACP,200620MEGAN模型对植被类型、叶面指数、气象参数的敏感性Guentheretal.,ACP,200621模型中异戊二烯通量测试数据的空间分布Guentheretal.,ACP,200622人为源排放清单的空间尺度全球尺度区域尺度城市尺度23人为源排放自下而上的一般计算方法A:北京市的电厂每年消耗煤炭1000万吨。X:其中90%的电厂锅炉为煤粉炉,10%为层燃炉。EF:煤粉炉每燃烧一吨煤产生150kg颗粒物,层燃炉产生30kg。C:所有的电厂都采用了电除尘器。η:电除尘器对颗粒物的除尘效率为99.93%。北京市的电厂每年排放颗粒物1000*104*(0.9*(0.15*(1-0.9993))+0.1*(0.03*(1-0.9993))=996吨24基于技术的排放量计算模型25基于技术的排放量计算模型26活动水平数据的获取27获取排放因子的几种典型方法物料衡算现场测试模型计算28电厂排放因子的现场测试Zhaoetal.,AE,201029机动车排放因子的模拟30动态的排放清单计算方法:考虑技术进步对排放因子的影响排放因子变化的影响因素新型干法水泥低氮燃烧技术机动车排放标准311990~2008年中国大气污染物排放变化趋势02004006008001000120014001600180020001990199520002005VOC排放量,万吨油品贮存与输送溶剂使用工业过程固定燃烧源交通050100150200250300350199019931996199920022005年份排放量/万吨流动源其他固定源炼焦砖瓦石灰水泥钢铁民用生物质民用燃煤工业燃煤电力燃煤0100200300400500600700800900199019931996199920022005年份排放量/万吨民用煤炉民用锅炉其他工业砖瓦石灰水泥钢铁炼焦工业锅炉电力0510152025303540199019931996199920022005年份排放量/万吨民用煤炉民用锅炉其他工业砖瓦石灰水泥钢铁炼焦工业锅炉电力020406080100120140160180200199019931996199920022005年份排放量/万吨流动源其他固定源炼焦砖瓦石灰水泥钢铁民用生物质民用燃煤工业燃煤电力燃煤SO2VOCsNH3NOxPM/PM10/PM2.5OCBCCa2+Mg2+32北京市城区机动车污染物排放33机动车排放水平与行驶状况(速度,加速度)之间的关系34逐时交通流与机动车污染物排放35北京市区机动车污染物排放的时空分布36全球0.5度分辨率汞排放空间分布Wilsonetal.,AE,200637美国人为源CO2排放10km分辨率空间分布Gurneyetal.,EST,2009工业电厂交通民用382006年亚洲大气污染物排放空间分布Anthropogeniconly,8species,0.5degreeresolution,4sectors,SAPRC-99specitation.PublishedinACP,dataavailableon全球人为源排放的历史重构Junkeretal.,ACP,200840全球人为源二氧化硫排放历史趋势Smithetal.,ACPD,201041全球人为源二氧化硫排放历史趋势Smithetal.,ACPD,201042全球NOx,CO,VOC排放的历史趋势Lamarqueetal.,ACP,201043全球BC和OC排放的历史趋势Bondetal.,GBC,200744全球CO2排放的历史趋势LeQuereetal.,NatureGeo.Sci.,200945基于观测的定量方法及示例46基于观测的自上而下的排放定量方法E:排放量Ω:观测值α:观测值与排放之间的函数关系47观测值的来源地面观测飞机航测卫星遥感观测48建立观测值与排放量之间函数关系的常用方法经验方法大气化学模型反演模型49自上而下排放定量方法示例利用卫星遥感观测反演地面排放量卫星遥感监测地面排放变化50基于卫星观测的排放源定量51基于卫星反演的NOx排放清单Martinetal.,JGR,200652卫星观测NO2柱浓度出现最大值的月份vanderAetal.,JGR,200653基于卫星观测反演不同排放源的NOx排放清单Jaegleetal.,FridayDiscuss.,200654基于卫星观测反演不同排放源的NOx排放清单Jaegleetal.,FridayDiscuss.,200655卫星监测到中国地区NO2浓度快速增长Richteretal.,Nature,200556排放趋势与卫星观测趋势间的比对BothinventoryandsatelliteretrievalsshowanacceleratedincreaseThesatellitetrendshowsafasterincreasethantheinventorytrend57WinterSummer两种方法的结果在不同季节间存在差异Thebiasinwintermightcomefromacombinationofunderestimatesofseasonalvariationinemissionslargeerrorofsatelliteretrievalsinwinternon-linearresponsesofNO2columnstoNOxemissions58卫星观测排放变化的周末效应Beirleetal.,ACP,200359国际航运的氮氧化物排放FromA.RichterPatternofshipemissionsinthevicinityofYemenchangedsince2007Probablyinresponsetopirateattacks60国际航运的氮氧化物排放FromA.Richter61卫星监测奥运期间污染物减排Witteetal.,GRL,2009NO2奥运前奥运中北京北京62卫星观测到俄罗斯西伯利亚地区冶炼厂的SO2排放62Average(2005-2007)SO2burdensfromtheNorilskfacility,measuredbytheOzoneMonitoringInstrumentonNASA’sAurasatellite.Bysomeestimates,1percentoftheentireglobalemissionsofSO2comesfromthisonecity.Belowisfalse-colorimagefromLANDSATETM+SeverelydamagedecosystemsHealthyecosystemsfromNickKrotkov,UMBC63卫星监测美国西部电厂排放63Kimetal.,JGR,114,200964200520072007/2005卫星遥感对新增电厂排放的识别内蒙东部内蒙西部内蒙中部65内蒙东部内蒙西部内蒙中部卫星监测电厂污染控制装置的运行情况66卫星监测电厂污染控制装置的运行情况66SO2emissionswithFGDSO2emissionsw/oFGDOMISO2trendOMINO2trendWangetal.,ACP,2012Opencirclesindicatethelocationsofthenewpowerplantsbuiltin2005-2007RatioofOMINO2(2007to2005)卫星观测中国电厂排放增长020MeantroposphericNO2TVCDin1015molec/cm2(OMI2005-2009,cloud-free,calm(2m/s))卫星反演大城市氮氧化物排放Beirleetal.,Sc
本文标题:大气排放清单和大气遥感
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