2019年全球生物質(zhì)燃燒CO₂排放研究

趙越

摘 要：生物質(zhì)燃燒源長久以來一直是溫室氣體的重要排放源，這些排放顯著影響生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、全球大氣化學(xué)和氣候變化，對人類健康和環(huán)境構(gòu)成威脅。本文采用GFEDv4公布的火災(zāi)排放數(shù)據(jù)集，估算了2019年全球生物質(zhì)燃燒排放的CO2總量高達783Pg，并分析了時空變化情況，三個主要排放地區(qū)是非洲南部、南美洲中部和南亞東南亞地區(qū)，在7月至9月出現(xiàn)年內(nèi)排放高峰值。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃燒;GFEDv4;時空變化

1 緒論

生物質(zhì)是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，全球14%左右的能源需求來自生物質(zhì)能源。森林、濕地與草原火災(zāi)和季節(jié)性的大范圍農(nóng)業(yè)廢棄物露天焚燒，向大氣中注入大量溫室氣體（例如，CO2，CH4和N2O），對生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、全球大氣化學(xué)和氣候變化產(chǎn)生重大影響。生物質(zhì)燃燒排放的溫室氣體通過吸收地表向大氣傳遞的熱輻射，影響地氣系統(tǒng)熱輻射的收支平衡導(dǎo)致地表變暖，引發(fā)土壤沙漠化和冰川退縮等嚴(yán)重的負(fù)面影響。CO2作為在大氣中存在壽命最長的溫室氣體（可長達150年左右），占全部溫室氣體的27%，同時其濃度的增加對增強溫室效應(yīng)的貢獻約為65%，微小的濃度變化都會產(chǎn)生很強的溫室作用，因此生物質(zhì)燃燒CO2排放量的估算就顯得尤為重要。全球火災(zāi)排放數(shù)據(jù)庫（Global Fire Emissions Database，GFED）是目前不同類型火災(zāi)的污染氣體排放量估算數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、應(yīng)用廣泛與權(quán)威的數(shù)據(jù)集，有助于我們獲得生物質(zhì)燃燒CO2排放的時空變化情況。這對于探索全球火災(zāi)對大氣的污染以及為制定和實施綠色可持續(xù)發(fā)展政策具有重要意義和參考價值，提供了數(shù)據(jù)支持。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

本文使用了2019年1月至12月GFEDv4全球火災(zāi)排放數(shù)據(jù)，獲得了全球的包括森林、濕地與草地火災(zāi)以及農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒所導(dǎo)致大氣CO2排放量的時空分布。該數(shù)據(jù)集提供了從1997年7月至今的每月燃燒面積和每月排放量，空間分辨率為0.25°×0.25°，可獲得碳（C）、干物質(zhì)（DM）和二氧化碳（CO2）等其他排放數(shù)據(jù)。此版本4數(shù)據(jù)集中的火災(zāi)面積采用了Giglio等人[1]研究的一種基于主動火的MODIS傳感器燃燒區(qū)映射算法，所有地區(qū)的燃燒面積都精確到10%以內(nèi)，“小型”火災(zāi)的燃燒區(qū)域是基于Randerson等人[2]和van der Werf等人[3]更新的燃燒區(qū)域地圖外的主動火災(zāi)探測。我們利用Matlab軟件提取燃燒面積和干物質(zhì)排放數(shù)據(jù)，基于GFEDv4官方公布的排放因子估算CO2的排放量，從而得到2019年全球生物質(zhì)燃燒CO2總排放量圖，如下：

3 全球CO2排放時空變化

3.1 全球CO2排放空間分布

根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果得出2019年全球生物質(zhì)燃燒所導(dǎo)致的CO2排放總量高達7.83Pg。從圖1可以看出，全球各地區(qū)由于人口密度不同、生物質(zhì)存儲量以及氣候條件的差異，生物質(zhì)燃燒CO2排放量存在明顯的空間差異。其中，南非、南美洲中部地區(qū)以及南亞東南亞地區(qū)CO2排放量較高，這些都是植被火災(zāi)比較嚴(yán)重的地區(qū)。其中，非洲南部是熱帶大草原地區(qū)，常年存在面積較大的持續(xù)性草原火災(zāi);南美洲大部分地區(qū)屬于熱帶雨林氣候，森林面積占全洲總面積的50%以上，近年來亞馬遜地區(qū)森林砍伐現(xiàn)象嚴(yán)重，至2019年已經(jīng)有1330平方英里的雨林消失，降雨量也在持續(xù)減少，火災(zāi)使得雨林變得越來越干燥，由此惡性循環(huán);南亞東南亞經(jīng)歷了快速砍伐森林和油棕種植園的泥炭地燃燒等，是一個易受火災(zāi)影響的地區(qū)，尤其是印度尼西亞泥炭地燃燒，雖然燃燒面積小，但其燃燒深入地底可達10-20m，且具有大量的生物質(zhì)沉積物。

3.2 全球CO2排放年內(nèi)變化

從圖2中可見7-9月為高峰期，最高值在8月可達129Pg。這期間的排放量貢獻來源于非洲南部的持續(xù)性草原火災(zāi)從6月份開始逐漸蔓延并擴大。其次，2019年南美洲部分地區(qū)在7月進入旱季后，亞馬遜雨林發(fā)生了嚴(yán)重火災(zāi)，7月、8月巴西森林著火點累計達76720處，較2018年同期上漲85%，2019年8月較7月同期激增175%，亞馬遜地區(qū)森林大火持續(xù)燃燒了16天。盡管生物質(zhì)燃燒會造成嚴(yán)重的全球問題，生物質(zhì)燃燒事件對區(qū)域大氣環(huán)境的影響往往因重視程度不夠而低估。

4 結(jié)論

本文采用GFEDv4公布的火災(zāi)排放數(shù)據(jù)集獲得的2019年全球生物質(zhì)燃燒CO2排放時空分布，結(jié)果表明，南非、南美洲中部地區(qū)和南亞東南亞地區(qū)CO2排放量偏高，2019年年內(nèi)高峰值在7-9月，主要原因是南美洲亞馬遜熱帶雨林發(fā)生持續(xù)時間長的大型森林火災(zāi)。近年來生物質(zhì)燃燒向大氣中排放CO2所引發(fā)的溫室效應(yīng)愈發(fā)顯著，因此，了解和掌握生物質(zhì)燃燒CO2排放的時空變化情況，對減少溫室氣體排放、火災(zāi)控制政策以及改善局部地區(qū)空氣質(zhì)量狀況有重要意義。

參考文獻：

[1]Giglio，L.，et al.Analysis of daily，monthly，and annual burned area using the fourth-generation global fire emissions database（GFED4）[J].Journal of Geophysical Research Biogeosciences，2013，118（1）.

[2]Randerson，J.T.，et al.，Global burned area and biomass burning emissions from small fires[J].Journal of Geophysical Research：Biogeosciences，2012，117（G4）：G04012.

[3]van der Werf，G.R.，et al.，Global fire emissions estimates during 1997-2016[J].Earth System Science Data，2017，9（2）：697-720.