森林計劃燒除的PM2.5排放時空過程模擬及其對空氣質量的影響*

曹國軍 李嘉昕 趙鳳君 舒立福 葉江霞

(1.西南林業大學 昆明 650224； 2.中國林業科學研究院森林生態環境與自然保護研究所國家林草局森林保護學重點開放性實驗室 北京 100091)

在野火失去控制成為災害造成重大生態與經濟損失得到關注的同時(Stevens-Rumannetal.， 2019； Abatzoglouetal.， 2019； Forkeletal.， 2019)，人們也逐漸認識到野火是重要的生態過程，有調節生物體性狀、種群大小、群落組成結構及生態系統功能的作用(McLauchlanetal.， 2020)。國際上常采用計劃燒除(prescribed burning)來管理野外土地，即在一定可控范圍下人為使用弱度火，有計劃地對林下可燃物進行燒除，以減少可燃物載量、降低森林火災和病蟲害發生的可能，促進火依賴的動植物的繁育與更新等，它是森林經營的重要措施。長期以來計劃燒除在北美被認為是管理非商業性可燃物及植被的最為經濟有效的手段，被廣泛應用于國家森林和國家公園土地管理中(Stambaughetal.， 2017； Liuetal.， 2009)，我國于20世紀80年代開始在林地管理中實施計劃燒除(王蘭新等， 2015)。現有研究表明計劃燒除可有效減少林下可燃物載量，從而降低野火發生風險，但計劃燒除過程中因地表生物質燃燒會產生大量有害物質，包括一氧化碳、多環芳烴、二氧化硫、氮氧化物、醛酮類化合物和煙塵顆粒物(PM)等(柯華兵等， 2020)，經過大氣傳輸與沉降，會極大地影響近地表空氣質量，特別是PM2.5(空氣動力直徑≤2.5μm的顆粒物)(Huetal.， 2008)。高質量濃度的PM2.5不僅降低能見度，影響出行安全，甚至嚴重威脅人類健康(胡婧等， 2007)，這一問題已經引起環保部門及社會關注(閆想想等， 2020)。國外已有學者初步探索了計劃燒除煙塵對空氣質量的影響規律(Goodricketal.， 2013； Draxleretal.， 2015； Zhaoetal.， 2020)，而國內對這一問題關注較少，特別是對計劃燒除煙塵排放量、傳輸過程及其如何影響空氣質量的定量分析。

云南是我國森林火災高發多發區(Yeetal.， 2017)，特別是人口集中、社會經濟發展相對較好的滇中地區。該區域內森林以鄉土樹種云南松(Pinusyunnanensis)分布為主，其面積占全省森林的52%，蓄積占全省有林地的32%(胡宗華， 2017； 陳劍等， 2021)。由于云南松生長更新迅速，每年產生大量枯落物，嚴重影響林地生產力，加之當地季風氣候、連年高溫少雨，使云南松林具有極大的火災隱患，是我國計劃燒除的重點對象，在20世紀末就有對云南松計劃燒除的研究(馬志貴等， 1998； 王秋華等， 2018)。云南省多地每年11月至翌年2月集中實施計劃燒除，如2019年2月間滇中多地進行了大規模云南松林計劃燒除，而與此同時昆明市主城區地面空氣質量連日下降，主要污染物PM2.5超過國家空氣質量標準75μg·m-3，達到輕度污染。城市空氣質量下降是否與周邊云南松林計劃燒除有關，計劃燒除點的煙塵中含有多少有害物質，其產生的煙塵如何進行傳輸，以及程度影響空氣質量的程度這些問題都值得定量研究。

本研究以2019年2月云南省玉溪市峨山縣與新平縣云南松計劃燒除林分為對象，通過樣地調查、載量評估、煙塵排放計算及時空擴散過程模擬，分析下風口城市PM2.5模擬擴散值與地面監測值的定量關系，揭示計劃燒除煙塵對下風向城市空氣質量的影響，為指導科學合理的計劃燒除、煙塵管理提供理論依據。

1 研究區概況

玉溪市新平縣與峨山縣位于云南省中部地區，與昆明市相距約90 km，位于昆明市西南方向，地處哀牢山中段(101°16′30″—102°37′E，23°38′15″—24°32′N),主要地形為河谷地帶，土壤類型以紅壤為主，森林面積分別為32.04萬hm2和13.2萬hm2，森林覆蓋率分別達64.6%和68.4%，主要林分類型為云南松林，起源為天然林。區域內日照時間與無霜期較長，降水量較少，屬亞熱帶高原季風氣候，冬春季受來自大陸高壓前部的偏東氣流或經過青藏高原南側的西風氣流的影響，其來風向主要為東北向。由于云南松屬暖性針葉樹種，林下枯落松針堆積，屬易燃性高可燃物，加之冬春季干旱少雨，使得這一區域成為滇中高火險地區，是云南省實施計劃燒除的重點地區，也是歷年來計劃燒除的代表性林分。

2 研究方法

2.1 數據來源

2.1.1 氣象資料 煙塵的擴散和沉降與氣象條件密切相關。利用NOAA的全球資料同化系統(global data assimilation system，GDAS)美國國家環境預測中心(national center of environment prediction，NCEP)的氣象數據，其中包括6 h一次的再分析資料、3 h 一次的預報資料，該數據在垂直方向分為21層，有溫度、經向風、緯向風、濕度以及垂直速度等數據。NCEPGDAS數據把全球插值成1°×1°正形投影地圖，從2005年1月—2019年2月，每7天保存一文件，每月更新，每月按5個星期進行保存(ftp:∥arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/)。下載覆蓋研究區計劃燒除時間點2019年2月11—14日的氣象資料。

2.1.2 地面空氣質量監測數據 地面空氣質量監測數據反映近地表空氣質量，來自空氣質量監測平臺真氣網(https:∥www.zq12369.com/)，該平臺是一個空氣質量情況實時監測網絡服務工具，利用國家級地面監測站點提供面向公眾及應用的空氣質量環境大數據服務，主要監測數據有PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3。借助該平臺查詢并整理研究區主要城市昆明市2019年2月11—14日間逐時PM2.5質量濃度監測值。

2.1.3 遙感數據 為觀測及評估模擬煙塵擴散格局，選取我國第一顆地球靜止軌道高分辨率對地觀測衛星——高分四號，該衛星提供了50 m空間分辨率的可見光近紅外多光譜(PMS)及400 m的中紅外(IRS)波段數據，該數據因較好的空間分辨率及高溫敏感性，對熱異常及地物動態變化監測，特別是林火煙塵，具有重要應用前景(覃先林等， 2018)。選取2019年2月11日17時的多光譜數據，并對影像進行幾何精糾正及多波段合成處理。其他行政界線、地名點等數據采用非涉密的基礎地理信息資料。

2.2 可燃物載量評估

據地方林草部門資料， 2019年2月11—14日間新平縣和峨山縣實施了大規模的云南松林計劃燒除，為準確獲取計劃燒除點地表可燃物載量，對計劃燒除已燒區域和未燒除區域的云南松林分進行野外調查。將云南松林下可燃物分為腐殖質層和地表死可燃物，地表死可燃物根據其大小、燃燒時滯分為4類，分類標準見表1。根據計劃燒除林分的特點，選取典型樣點，分別在峨山縣小街鎮、新平縣嘎灑鎮和老廠鄉云南松林分中設置3個10 m×10 m的未燒除云南松樣點。樣點1為云南松純林，起源為天然林，平均胸徑12cm，郁閉度為0.65，林下灌草覆蓋，土層厚。樣點2為云南松與櫟(Quercusacutissima)類天然混交林，平均胸徑16cm，郁閉度達0.70，林下灌草及枯枝落葉覆蓋較多，土層厚度中等。樣點3為云南松與萌生櫟天然混交林，胸徑僅6cm，郁閉度為0.60，林下草本覆蓋較豐富，土層較薄。分別記錄每個樣地內優勢樹種、樹高、胸徑等。根據表1中可燃物大小分別在樣地內收集10 h、100 h燃燒時滯的可燃物并稱取總質量，分別選取鮮質量200 g樣品帶回備用； 對大于100 h燃燒時滯的可燃物單獨拾取，測量其直徑、長度、腐朽程度并取鮮質量300 g樣品。然后在樣地內四個角點及中心點設置5個0.2 m×0.2 m小樣方，先將小樣方內1 h燃燒時滯的可燃物測量厚度并收集樣品稱取總鮮質量，再對小樣方人工挖掘土壤剖面、測量腐殖質厚度并收集樣品稱鮮質量，分別取1 h燃燒時滯的可燃物和腐殖質各100 g樣品帶回備用。

表1 可燃物載量調查分層標準表

將野外調查所取樣品帶回實驗室，放入105℃恒溫烘箱內24 h烘干得到干質量，計算測定云南松林分下各類可燃物載量，以及對比已燒除與未燒除樣地，計算燃燒率。

2.3 煙塵排放量計算

煙塵定量分析是探究計劃燒除林分煙塵排放及對空氣質量影響的關鍵，由于生物質燃燒釋放的煙塵成分非常復雜，定量化建模也極為困難(Larkinetal.， 2010)，研究借助美國林務局(U.S Forest Service, USFS)的火研究評估軟件工具BlueSky。該工具通過一系列的建模過程，以極為靈活的方式解決可燃物類型及其載量的燃燒和排放量，可用于煙塵模擬及林地計劃燒除管理決策支持，已成為全美日常野火煙氣預報的重要工具(Larkinetal.， 2010； Zhaoetal.， 2020)。BlueSky工具對煙塵研究的系列過程是完全模塊化的，用戶可以通過BlueSky Playground 3.0自定義運行。對估計煙塵釋放量，只需要輸入火的基本信息，如規模(面積)和地點(緯度和經度)，而其他可燃物信息可默認設置或根據具體情況自定義輸入。為獲取更準確的排放量信息，利用實地野外可燃物樣地調查及內業數據對可燃物類型、載量、濕度及燃燒效率進行自定義，作為模擬煙氣排放量的輸入。

2.4 煙塵模擬

煙塵模擬借助HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory model，混合單粒子拉格朗日綜合軌跡模型)進行。該工具是由美國大氣海洋局(National Oceanic Administration，NOAA)和澳大利亞氣象局共同研發、用于粒子擴散軌跡及沉降分析的軟件工具，在預測野火煙塵、大氣污染物、火山灰和過敏原的傳輸擴散軌跡和沉降中應用廣泛(Draxleretal.， 1998； Morozetal.， 2010； Maetal.， 2020； Irajietal.， 2020； 劉灝等， 2021； Vinogradovaetal.， 2021)。HYSPLIT具有前向和后向運算的模式，本研究對煙塵污染進行擴散模擬，采用前向模式，基于歐拉-拉格朗日模型，粒子平流擴散采用拉格朗日方法，即通過粒子的初始起始點位置P(t)和推算起始點P′(t+Δt)的平均速率，從而計算得出最終所在位置。

推算起始點：

P′(t+Δt)=P(t)+V(P,t)Δt。

(1)

最終所在位置：

P(t+Δt)=P(t)+0.5[V(P,t)+V(P′,t+Δt)]Δt。

(2)

式中：P′(t+Δt)為煙塵粒子抬升后推算起始位置；P(t)為初始起始點位置；V(P，t)為初始位置的速度向量；V為粒子運動速度；t為起始時間；Δt為時間步長；V(P′,t+Δt)為推算起始點的速度向量；P(t+Δt)為一定時間后煙塵所在位置。

氣象數據格式在水平坐標保持不變，但在垂直方向與普通算法不同，會根據坐標而內插到地形中：

(3)

式中：σ為地形坐標；Ztop為模式坐標頂部，Zgl為地形高度，Zmsl為模式坐標下邊界高度。

2.5 煙塵擴散格局分析

選取昆明市區內呈貢新區、東風東路、龍泉鎮、金鼎山4個國家級空氣質量監測點，以近地面監測及模擬的PM2.5值為例，分析煙塵的擴散傳輸格局。提取逐小時HYSPLIT模擬PM2.5質量濃度值，考慮到常規空氣中仍存在一定量的PM2.5，將計劃燒除前一周的空氣中PM2.5進行平均得到各監測點空氣質量基礎量，加上HYSPLIT模擬值，得到各監測點的模擬擴散煙塵觀測值。通過同步的PM2.5監測值與模擬值數值大小及動態格局對比分析，結合研究區域地理環境因子，揭示煙塵擴散的規律。

3 結果與分析

3.1 可燃物載量和PM2.5排放量

根據野外樣地調查及室內烘干試驗，評估了各樣點的可燃物載量(表2)。可見3個樣點的可燃物載量差異較大，樣點1、2、3的載量分別為63.422，57.902 和27.943 t·hm-2。各樣點涵蓋了不同燃燒時滯的可燃物類型，且腐殖質載量最高。因各樣點的腐殖質厚度、林分密度及優勢樹種胸徑的差異，導致3個樣點載量差異較大。樣點1、2、3的腐殖質厚度分別為4、3、1.5cm，載量(占地表可燃物總載量的比例)分別為56.89(89.7%)、45.06(77.82%)和22.52 t·hm-2(80.59%)。其次主要為1 h時滯的細小可燃物，約占10%。另外，樣點中包括了一些10 h時滯的中等大小的死可燃物，其占比平均達到6.6%； 而超過100 h時滯的粗大可燃物幾乎不涉及。

Bluesky計算的2月11日至14日云南松林下計劃燒除的PM2.5排放量見表3。分別對3個樣點計算了每1 000 hm2的PM2.5排放量(圖1)，可見腐殖質的排放量遠大于其他時滯的可燃物，1 h和10 h可燃物次之，10 h和大于100 h的可燃物排放量幾乎沒有。可以看出，PM2.5排放量大小不僅與燒除面積有關，還與不同時滯的可燃物載量有關。

表2 可燃物載量估算

表3 2月11日至14日計劃燒除PM2.5排放量

圖1 3個樣點每1 000 hm2可燃物的PM2.5排放量

3.2 模擬煙塵擴散及動態格局

3.2.1 模擬參數設置 在模擬中，選取計劃燒除面積較大區域為當日模擬的空間起始點； 起始時間根據實際計劃燒除的開始時間設置，為當日北京時間12： 00，經過多次與衛星影像對比，垂直方向選取100 m為煙塵初始高度，時間步長為1 h，總時長為24 h，由HYSPLIT輸出各時段模擬煙塵的矢量格式。選取2019年2月11日17時云南省部分地區同時間的高分四號衛星影像與該時段模擬結果示意圖進行可視化疊加對比，以驗證HYSPLIT模式參數設置及煙塵模擬效果。由圖2可見，衛星影像中煙塵已擴散至昆明境內，通過HYSPLIT模擬的煙塵傳輸擴散的起點位置相同，模擬的煙塵輪廓與高分四號衛星影像中煙塵的擴散范圍基本一致，表明模擬擴散軌跡與當日計劃燒除所排放煙塵運動軌跡基本匹配，反映了計劃燒除煙塵傳輸模擬參數設置的有效性及模擬結果的正確性。

3.2.2 煙塵時空傳輸動態格局 借助ArcGIS，疊加行政界線及地名點基礎地理信息，模擬的PM2.5質量濃度依據中國《環境空氣質量標準》進行分級劃分： 0～35μg·m-3(優)、35～75μg·m-3(良)、75～115μg·m-3(輕度污染)、115～150μg·m-3(中度污染)、150～250μg·m-3(重度污染)，對大于250μg·m-3(嚴重污染)進行細化，制作PM2.5的傳輸擴散專題可視化地圖。

圖2 高分四號影像與模擬輪廓疊加對比示意圖

圖3 模擬2月11日煙塵擴散格局

在2月11日，根據計劃燒除調查資料設置模擬起始點，一個煙塵從模擬點進行空間傳輸移動(圖3a)，此時PM2.5質量濃度達到污染值(大于75μg·m-3)面積為41 396 hm2，占總擴散面積的75%。受西南風影響，煙塵向東北方向傳輸擴散，煙塵擴散經過玉溪市但并未擴散至玉溪市區內，以330 993.17 hm2·h-1的擴散速度在16時由西南方向擴散進入昆明市區內(圖3b)，繼而向東北方向曲靖市擴散，并于22時在昆明市區內PM2.5質量濃度分布范圍達到最大(圖3c)； 隨著時間推移，PM2.5質量濃度因在空間擴散范圍增加并因稀釋而降低(圖3c、3 d)。由圖3可知，模擬時段計劃燒除釋放的PM2.5主要影響區域為玉溪市、昆明市和曲靖市，影響最嚴重的為昆明市，市區內出現大面積75～115μg·m-3(橙色)的輕度污染、115～150μg·m-3(紅色)的中度污染以及零星斑塊的150～250μg·m-3(玫紅色)的重度污染。

圖4 模擬的2月12日煙塵擴散格局

在2月12日，新平縣與峨山縣同時進行計劃燒除，故設置2個模擬起始點，煙塵從模擬點進行空間傳輸移動(圖4a)，在14時第2個煙塵以111 178.75 hm2·h-1的速度擴散至第1個煙塵的模擬起始點，隨后2個煙塵融合一并向東北方向擴散移動(圖4b)。在16時以594 440.34 hm2·h-1的速度同時擴散至玉溪及昆明市內，并隨后向東北偏東向擴散(圖4c)。23時昆明市區內PM2.5質量濃度呈階梯分布，其中呈貢區影響較為嚴重，PM2.5質量濃度在35～400μg·m-3均有分布，其中35～75μg·m-3(良)面積為9 463.34 hm2，75～115μg·m-3(輕度污染)面積為8 953.45 hm2，115～150μg·m-3(中度污染)面積為4 410.8 hm2，大于150μg·m-3(中度污染)面積為2 975.87 hm2，市區內其他區域主要為0～35μg·m-3(優，圖4 d)。2月12日擴散至玉溪與曲靖市區內的PM2.5質量濃度主要為0～35μg·m-3(優)，而在23點后風向由西南風轉為南向風，煙塵擴散軌跡逐漸向正北方向移動(圖4e、4f)。

圖5 模擬2月13日煙塵擴散格局

在2月13日，模擬起始點和煙塵數與上相同(如圖5a)，但由于2月13日計劃燒除面積較大，PM2.5排放量遠大于12日。峨山縣的煙塵點在12時至18時向東向擴散移動，并在18時以197 889.44 hm2·h-1的速度傳輸到達昆明市區。而新平縣的煙塵點沿東北偏東向，以277 880.82 hm2·h-1的速度擴散至玉溪市區，在當日18時，2個煙塵在空間上疊合(圖5a、5b)。隨后，峨山的煙塵于當日19時開始向東北方向擴散，往昆明市區大量輸送，并在23時分布最廣，使昆明市區的PM2.5質量濃度達0～250μg·m-3，大于75μg·m-3的面積為79 151.38 hm2(圖5c、5 d、5e)，于2月14日03時擴散至曲靖市區內(圖5f)。總體看，峨山煙塵影響的主要地區是昆明市和曲靖市，新平煙塵擴散的主要影響范圍是玉溪市，其次是昆明市。

在2月14日，新平縣與峨山縣計劃燒除點位置如圖6a。于當日15時,2個煙塵擴散重合，且同時對玉溪市區產生影響(圖6b)，隨時間推移至昆明市區時間為當日20時，在2月15日04時分布范圍最廣(圖 6c、6d)。2月14日，在4天模擬期間內計劃燒除面積和PM2.5排放量最少，2個煙塵主要影響地區為玉溪市，對昆明市和曲靖市影響較小，3個市區內的PM2.5質量濃度值主要范圍為0～35μg·m-3(綠色)。

圖6 模擬2月14日煙塵擴散格局

3.3 地面空氣監測與擴散模擬相關性

將2月11—14日昆明市區內PM2.5近地面質量濃度監測值與HYSPLIT模式模擬值時間動態進行散點圖分析(圖7)，從數值上看模擬值與監測值有所差異，但將二者繪制散點圖發現，基本呈線性關系，相關系數達到0.787 43。確定系數達到0.78743，相關很強，但模擬值總體上小于監測值。

進一步分析2月11—14日地面監測PM2.5質量濃度與模擬質量濃度，監測值與模擬值在時間動態變化格局上極為相似(圖8)。2月11日，可見模擬值和監測值的逐時變化趨勢較接近，且量級一致，但監測的峰值比模擬峰值出現滯后。在2月12日和13日，PM2.5質量濃度模擬值在達到峰值后下降，監測峰值也存在滯后，于次日凌晨出現且持續時間較長，與模擬值存在一定誤差，監測峰值均大于75μg·m-3，達到輕度污染。在2月11日至2月14日的模擬中，發現模擬的PM2.5峰值稍大于監測值，監測值在某段時間下降速率較快，此時段的模擬值大于監測值。

PM2.5模擬值與監測值相比存在滯后現象，是由于PM2.5的模擬經過上升傳輸擴散，而監測數據的PM2.5值是在近地面50 m，雖然PM2.5已擴散至該地區，但并未沉降。模擬值與監測值的差異是由于白天氣象因素影響PM2.5的擴散，例如： 風速、溫度、濕度以及水蒸氣的蒸發等。而夜晚凌晨后風速變小、濕度變大，特別是清晨水汽凝結，導致上層PM2.5加速沉降，故監測值較大(曹瑩瑩， 2016； 崔芬萍， 2017)。另外拉格朗日的計算也存在一定誤差(15%～30%)(張鈺伊等， 2016)。

圖7 PM2.5質量濃度的模擬值與監測值對比

圖8 PM2.5模擬值與監測值的變化過程

4 討論

本文利用地面PM2.5監測數據、氣象數據和計劃燒除資料等，結合HYSPLIT前向模式，從模擬計劃燒除所釋放的PM2.5的輸送路徑和質量濃度時空變化，以及計劃燒除對空氣質量影響方面，分析了2月11—14日計劃燒除釋放PM2.5的過程。

4.1 可燃物載量

本研究模擬的云南松林計劃燒除區域，可燃物總載量平均值達到49.8 t·hm-2，其中腐殖質占比82.7%，時滯1、10、100與大于100 h的總和為8.3 t·hm-2。這與王秋華等(2018)采用收獲法稱取可燃物分析滇中地區新平縣云南松純林的可燃物載量結果基本一致，但低于本研究的總載量，其中除腐殖質外其他類型可燃物載量基本相同，其主要原因是采集的可燃物類型為松針凋落物、松針、蕨類，與本研究設置的可燃物類型不同，從而造成本研究計算的可燃物總載量較大。造成可燃物載量差異的因素眾多，主要因素為海拔和坡度等立地因子，林分密度與優勢樹種的大小是控制地表死可燃物載量的重要林分因子，其與可燃物載量呈正相關。

4.2 影響煙塵傳輸的要素

根據2月12日13： 00—13日12： 00每小時煙塵傳輸的擴散面積，得到煙塵傳輸速度，結合真氣網獲取該時段風速數據。可以得出煙塵傳輸速度在12日17： 00達到第1個峰值，在之后4 h內速度陡降，在12日21： 00至翌日上午7： 00傳輸速度變化幅度較小，但在7： 00后又一次陡升，最大峰值出現在13日11： 00。在12日15時之前，風速在3～4級波動，之后出現一次陡降，在23： 00至翌日09時維持在2級風，之后陡升并在13日11時達到峰值風速。可見風速與煙塵傳輸速度趨勢基本一致，表明煙塵傳輸速度與風速呈正相關。

煙塵在12日21時至次日07時傳輸速度出現小幅度變化，此時風速保持穩定，進一步分析影響煙塵傳輸速度的其他因素，特別是地形地貌要素及其微地形格局。如曲靖市地處烏蒙山脈，地形復雜，兩山之間存在微氣候(峽谷效應)，使小范圍內風速產生變化，進一步影響煙塵的傳輸擴散，凌晨山地晝夜溫差較大，溫度降低、壓強減小，風速也會隨之產生變化。地形、高度、溫度等因素會對風速產生影響(Mcvicaretal.， 2010； Wuetal.， 2018)，且城市建設和土地利用變化會導致地表粗糙，并使風速降低(李艷等， 2008)，這些因素都會間接影響煙塵傳輸速度。

4.3 煙塵模擬結果

研究模擬的主要城市煙塵中PM2.5平均質量濃度值總體上達到44μg·m-3，大于地面監測值，這與Pouliot等(2017)對2016年11月14日亞特蘭大RRF模擬的PM2.5質量濃度為20μg·m-3并小于實際觀測值的結果不一致。這是由于他們使用的火災排放數據來自美國國家大氣研究中心(NCAR)的野火調查數據，在美國東南部的可燃物載量估計中，腐殖質的載量并不包含在內，這使得模擬的PM2.5值較小。而本研究模擬的煙塵質量濃度中，腐殖質燃燒產生的煙塵最多，這與Zhao等(2020)在美國佐治亞州的2016年 Rough Ridge Fire研究中分析不同可燃物對煙塵的貢獻率得出的結果一致。本研究的計劃燒除主要燃燒物為地表可燃物，為了進一步分析地表可燃物對于煙塵中PM2.5的影響，將可燃物根據不同燃燒時滯分為4層，并將腐殖質單獨作為一類，這利于更精確地估計森林可燃物燃燒的排放煙塵。此外，本研究對煙塵時空格局進行了逐小時模擬，但由于研究區域較小，觀察的影響范圍主要是周圍城市，對不同燃燒時滯可燃物的煙塵貢獻分析不夠詳盡。

4.4 影響煙塵擴散的精度

氣象數據作為模擬煙塵時空格局的必要因素，其數據精度也影響模擬精確性，本研究選取了NOAA的NCEP的氣象數據產品，精度為1°×1°，其模擬的計劃燒除煙塵空間擴散距離約為500 km，這對于較小尺度的煙塵擴散研究，特別是山地地形效應、立體氣候明顯的區域，氣象數據的精度明顯影響模擬結果的精確性。研究利用更精細的氣象因子，如國家氣象科學數據產品，并分析其與HYSPLIT模式兼容格式，是提高模擬精度的方向。另外，本研究僅關注了滇中玉溪市新平縣與峨山縣計劃燒除的煙塵排放，這一時段是否還存在其他生物質燃燒或污染事件，也會造成監測值與模擬值的偏差。最后，拉格朗日模型的計算本身存在一定誤差。

4.5 減緩煙塵影響的建議

計劃燒除煙塵中污染物的排放量取決于可燃物載量及燃燒面積，傳輸擴散的軌跡與分布受風的影響較大，溫度和濕度是PM2.5在沉降過程中的重要影響因素。適當的控制計劃燒除面積、風速小的天氣、控制溫度與濕度，是減緩排放污染物的重要手段。

通過鏈接計劃燒除的火災信息、可燃物載量、火災消耗、火災排放和煙塵擴散模型，基于過去氣象因素(與當日氣象條件相似)和當前煙塵排放信息，對突發性森林火災所產生的煙塵進行模擬，可以有效預測煙塵的傳輸軌跡與格局，從而通過人為的增加濕度等措施減緩煙塵擴散(加速沉降)，從而降低其對城市和人口密集區域空氣質量的影響，從而減少對人類危害。

5 結論

本研究以云南松林分計劃燒除釋放的PM2.5為例，通過對可燃物樣地調查、載量評估、BlueSky煙塵排放量計算及HYSPLIT煙塵模擬擴散，分析其對傳輸通道下風向城市空氣質量的影響，定量揭示了森林計劃燒除對空氣質量的影響，利于指導林火管理和污染預警。研究得出如下結論：

1) 計劃燒除煙塵排放量與可燃物載量及燒除面積正相關，腐殖質層越厚、載量越大，煙塵排放越多。

2) 森林計劃燒除對煙塵傳輸通道下方城市的空氣質量具有明顯影響，但具有一定滯后性。計劃燒除在有效減少可燃物載量、降低森林火險的同時，其燃燒釋放的煙塵會明顯降低傳輸通道下方城市的空氣質量，但由于煙塵的空間抬升、擴散及沉降，使得計劃燒除對空氣質量的影響具有一定的時間滯后性。

3) 進行計劃燒除前的煙塵污染定量評估與預警可有效減緩計劃燒除煙塵危害。考慮計劃燒除煙塵排放的污染及對擴散通道下空氣質量的影響，有必要進行計劃燒除前的煙塵污染定量預報、評估和預警，以指導選擇合適的燒除時間和控制每日計劃燒除面積，以消除或減緩對周邊空氣質量及居民健康的不利影響，同時發揮森林計劃燒除的減災和生態系統調節作用。