一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法技术

本发明专利技术公开的一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，包括以下步骤，通过数据获取模块获取开放燃烧数据，即获得历史排放数据，进而识别长时间序列生物质开放燃烧排放特征和关键影响因素；根据开放燃烧排放特征和关键影响因素，建立基于多卫星监测融合火点的活动水平；基于历史排放与活动水平统计关系，获得开放燃烧相应的排放系数，进而实现生物质开放燃烧排放的动态表征；本发明专利技术通过对多卫星监测火点数据的融合，弥补MODIS火点监测的空间分辨率与频次限制，提升火点捕捉率，并作为生物质开放燃烧排放动态表征的活动水平，为生物质开放燃烧排放动态表征提供可靠的、区域差异化的排放系数，实现生物质开放燃烧排放的动态表征。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法
本专利技术涉及环境保护和空气污染防治的研究领域，特别涉及一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法。
技术介绍
生物质开放燃烧过程中可释放大量污染气体、颗粒物以及温室气体等，从而影响大气环境、人体健康以及气候变化。生物质开放燃烧排放在时空上具有显著的演变性，且可在短时间内大量聚集。以农作物收获季节为例，生物质开放燃烧排放的VOCs为其他大气污染源排放的2倍，同时对PM2.5的贡献比例高达37％，VOCs的臭氧生成潜势也增大约2倍。因此随着近年来对大气环境质量问题的广泛关注和持续研究，生物质开放燃烧源成为重点关注与管控的大气污染源之一。同时，由于其显著的动态性与随机性特征，生物质开放燃烧排放动态表征既是厘清生物质开放燃烧排放特征的重要手段，也是及时掌握生物质开放燃烧排放特征、评估气候效应、提高空气质量模拟效果和大气污染防控精准施策的迫切需求。目前，广泛应用的动态生物质开放燃烧排放清单产品多是针对全球尺度、且基于MODIS火点或过火面积为活动水平数据源开发，其空间分辨率从1km到0.25°不等，时间分辨率最高为1天。但是，由于MODIS火点或过火面积产品在时间(每天过境4次)和空间(1km或500m)分辨率上的限制，导致卫星过境时段外的火点以及燃烧尺寸较小的火点无法被有效监测，从而导致上述生物质开放燃烧排放清单产品的排放量存在显著的低估。尤其是针对国内地区，由于国内的生物质开放燃烧多以秸秆露天焚烧(燃烧尺寸和烟气高度均小于其他类型的生物质开放燃烧)为主，其火点监测遗漏问题更为凸显。与此同时，生物质开放燃烧排放在时间上存在显著的日变化特征，而现有的1天时间分辨率清单产品无法充分体现生物质开放燃烧排放的日变化特征。当前国内对生物质开放燃烧排放清单研究中，虽然基于统计数据、调研数据以及卫星火点监测信息降低了上述火点监测遗漏导致的不确定性，但是由于统计和调研数据的滞后性，现有的生物质开放燃烧排放清单还无法满足其在时效性上的应用需求。因此，现有的生物质开放燃烧排放清单存在无法实时精准量化排放以及时空代表性不足的问题。多源卫星监测火点数据产品的发展和应用为生物质开放燃烧排放的动态化、精准化表征提供了可靠的数据源，但充分体现我国生物质开放燃烧排放特征的准实时生物质开放燃烧排放清单研究尚属空白。尤其是基于多卫星火点监测、针对中国地区的火点融合以充分体现开放燃烧时空演变特征的动态生物质开放燃烧排放清单尤为匮乏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，通过对多卫星监测火点数据的融合，弥补MODIS火点监测的空间分辨率与频次限制，提升火点捕捉率，并作为生物质开放燃烧排放动态表征的活动水平。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，包括以下步骤，通过数据获取模块获取开放燃烧排放数据，即获得历史排放数据，进而识别长时间序列生物质开放燃烧排放特征和关键影响因素；根据开放燃烧排放特征和关键影响因素，建立基于多卫星监测融合火点的活动水平；基于历史排放与活动水平统计关系，获得生物质开放燃烧相应的排放系数，进而实现生物质开放燃烧排放的动态表征。进一步地，所述开放燃烧排放数据包括农作物秸秆露天焚烧排放数据、森林火排放数据。进一步地，所述通过数据获取模块获取农作物秸秆露天焚烧排放数据、森林火排放数据，进而进行长时间序列生物质开放燃烧排放特征和关键影响因素识别，具体如下：农作物秸秆露天焚烧排放计算：Ei,k＝∑(Pi,k×Ni,k×Ri×ηk×EFk)，其中，i为省份，k为农作物类型，Ei,k为i省份农作物秸秆露天焚烧年排放量，P为农作物产量，N为草谷比，R为农作物秸秆露天焚烧比例，反映农作物秸秆露天焚烧排放量变化的参数；η为燃烧效率，EF为排放因子；其中，j为年份，Ri,j为目标年i省份农作物秸秆露天焚烧比例，Ri,BS为基准年i省份农作物秸秆露天焚烧比例，FCi,j为目标年i省份的MODIS监测火点数目，FCi,BS为基准年i省份的MODIS监测火点数目；森林火排放的计算：其中，Eu为森林火年排放量，u为不同森林类型，AEu为森林类型u的燃烧火场面积，D为干生物量，η为燃烧效率，EF为排放因子；则有：其中，AEu为森林类型u的燃烧火场面积，FCu为目标省份落在森林类型上的火点数目，FC为该省份总的森林火点数目，AE为该省份总的森林火场面积。进一步地，还包括对各地区生物质开放燃烧排放进行空间分配，具体为：以卫星监测火点辐射功率为基准，对于农作物秸秆露天焚烧排放，结合各地区农耕习惯；对于森林火，结合各地区森林植被分布特征，具体分配方式如下：其中，农作物秸秆露天焚烧排放时空分布：其中，为农作物秸秆露天焚烧网格化排放量，FRPgridk为网格内k型农作物秸秆露天焚烧火点的总辐射功率，为省级范围内农作物秸秆露天焚烧火点总辐射功率；Ei,j,k为k型农作物秸秆露天焚烧排放量；森林火排放时空分布：其中，为森林火网格化排放量，FRPgridu为网格内u型森林火点的总辐射功率，为省级范围内森林火点总辐射功率；Ei,j,u为u型森林火排放量。进一步地，所述建立基于多卫星监测融合火点的活动水平，具体如下:火点数据预处理：包括火点清洗、火点区域归属、火点燃烧类型匹配、网格化信息匹配；其中，火点清洗根据研究区域范围、火点属性信息和火点置信度提取网格化火点融合所需火点及其关键信息；火点区划归属、火点燃烧类型匹配是在ArcGIS平台，基于全国土地利用类型和网格的空间信息与火点的空间分布进行相交匹配实现；网格化信息匹配是以10分钟为最小时间单元，根据火点发生的地理位置，分别对各个来源的火点匹配至对应编号下的网格中；网格化火点FRP修正与融合：网格化火点FRP修正根据极轨卫星与静止卫星火点能量之间的统计关系，对静止卫星监测火点能量进行修正和监测遗漏小火点能量增补；网格化火点融合是在火点FRP修正的基础上，以10分钟级别的网格化火点FRP为对象，根据卫星监测火点产品空间分辨率从高到低的优先原则，筛选各网格内优先级最高的非零值火点FRP，并作为融合火点FRP；火点FRP逐时积分：对火点FRP的积分包括火点燃烧周期计算和基于FRP分布假设的逐时积分两部分；火点燃烧周期采用逐月的动态周期值，计算如下：sigma＝3.89×r+1.03式中，sigma表示火点燃烧周期，r表示MODISTerra监测的火点FRP与MODISAquaFRP的比值；对火点FRP的积分，首先对火点FRP在燃烧周期内的变化进行假设，对于以极轨卫星监测火点为基准的融合火点FRP，假设其在燃烧周期内为平均分布，因此，单火点FRE的计算公式如下：σ＝sigma/6式中，gs表示静止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，其特征在于，包括以下步骤，/n通过数据获取模块获取开放燃烧排放数据，即获得历史排放数据，进而识别长时间序列生物质开放燃烧排放特征和关键影响因素；/n根据开放燃烧排放特征和关键影响因素，建立基于多卫星监测融合火点的活动水平；/n基于历史排放与活动水平统计关系，获得开放燃烧相应的排放系数，进而实现生物质开放燃烧排放的动态表征。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，其特征在于，包括以下步骤，
通过数据获取模块获取开放燃烧排放数据，即获得历史排放数据，进而识别长时间序列生物质开放燃烧排放特征和关键影响因素；
根据开放燃烧排放特征和关键影响因素，建立基于多卫星监测融合火点的活动水平；
基于历史排放与活动水平统计关系，获得开放燃烧相应的排放系数，进而实现生物质开放燃烧排放的动态表征。


2.根据权利要求1所述的一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，其特征在于，所述开放燃烧排放数据包括农作物秸秆露天焚烧排放数据、森林火排放数据。


3.根据权利要求2所述的一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，其特征在于，所述通过数据获取模块获取农作物秸秆露天焚烧排放数据、森林火排放数据，进而进行长时间序列生物质开放燃烧排放特征和关键影响因素识别，具体如下：
农作物秸秆露天焚烧排放计算：
Ei,k＝∑(Pi,k×Ni,k×Ri×ηk×EFk)，
其中，i为省份，k为农作物类型，Ei,k为i省份农作物秸秆露天焚烧年排放量，P为农作物产量，N为草谷比，R为农作物秸秆露天焚烧比例，反映农作物秸秆露天焚烧排放量变化的参数；η为燃烧效率，EF为排放因子；



其中，j为年份，Ri,j为目标年i省份农作物秸秆露天焚烧比例，Ri,BS为基准年i省份农作物秸秆露天焚烧比例，FCi,j为目标年i省份的MODIS监测火点数目，FCi,BS为基准年i省份的MODIS监测火点数目；
森林火排放的计算：



其中，Eu为森林火年排放量，u为不同森林类型，AEu为森林类型u的燃烧火场面积，D为干生物量，η为燃烧效率，EF为排放因子；
则有：



其中，AEu为森林类型u的燃烧火场面积，FCu为目标省份落在森林类型u上的火点数目，FC为该省份总的森林火点数目，AE为该省份总的森林火场面积。


4.根据权利要求3所述的一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，其特征在于，还包括对各类排放进行空间分配，具体为：以卫星监测火点辐射功率为基准，对于农作物秸秆露天焚烧排放，结合各地区农耕习惯；对于森林火，结合各地区森林植被分布特征，具体分配方式如下：
其中，农作物秸秆露天焚烧排放时空分布：



其中，为农作物秸秆露天焚烧网格化排放量，FRPgridk为网格内k型农作物秸秆露天焚烧火点的总辐射功率，为省级范围内农作物秸秆露天焚烧火点总辐射功率；Ei,j,k为k型农作物秸秆露天焚烧排放量；
森林火排放时空分布：



其中，为森林火网格化排放量，FRPgridu为网格内u型森林火点的总辐射功率，为省级范围内森林火点总辐射功率；Ei,j,u为u型森林火排放量。


5.根据权利要求1所述的一种基于多卫星火点的生物质开放燃烧排放动态表征方法，其特征在于，所述建立基于多卫星监测融合火点的活动水平，具体如下:
火点数据预处理：包括火点清洗、火点区域归属、火点燃烧类型匹配、网格化信息匹配；其中，火点清洗根据研究区域范围、火点属性信息和火点置信度提取网格化火点融合所需火点及其关键信息；火点区划归属、火点燃烧类型匹配是在ArcGIS平台，基于全国土地利用类型和网格的空间信息与火点的空间分布进行相交匹配实现；网格化信息匹配是以10分钟为最小时间单元，根据火点发生的地理位置，分别对各个来源的火点匹配至对应编号下的网格中；
网格化火...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐媛倩，黄志炯，郑君瑜，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44