生物质燃烧的地理分布
生物质燃烧的位置是多种多样的,包括热带大草原,热带、温带和寒带森林,和农业用地在收获之后。薪材供国内使用的燃烧生物质燃烧的另一个来源。全球估计每年大量的生物质燃烧从这些来源估计在表7.2 (Andreae, 1991)。
源 |
生物质燃烧(Tg dm一年级) |
碳释放(Tg C一年级) |
稀树大草原 |
3690年 |
1660年 |
2020年 |
910年 |
|
薪材 |
1430年 |
640年 |
热带森林 |
1260年 |
570年 |
温带/北方森林 |
280年 |
130年 |
世界总数 |
8680年 |
3910年 |
注意:dm =干物质(生物量)。来源:Andreae (1991)
注意:dm =干物质(生物量)。来源:Andreae (1991)
正如已经指出的那样,生物质重量约45%碳组成的物质。表7.2给出的估计(Tg C一年级)公布的碳的燃烧生物质(总生物量燃烧乘以45%来确定数量的碳释放到大气中在燃烧)。结合估计每年总额的生物质燃烧问题(表7.2)测量气体和微粒排放的生物质燃烧(表7.1)允许的估计的全球生产和释放到大气中气体和微粒从生物质燃烧,它将更详细地讨论。
在北方森林生物质燃烧
在过去,这是普遍认为生物质燃烧的主要是一个热带的现象。这是因为大多数的信息,我们有地理和时间分布的生物质燃烧的主要是基于热带燃烧。很少的信息可以在生物质燃烧的地理和时间分布在北方森林,涵盖世界森林的25%左右。来说明我们的知识世界地理的燃烧程度的北方森林近年来已经增加,考虑以下。
初步估计基于表面火灾记录和统计数据表明,150万公顷(1公顷= 2.47英亩)的北方森林每年燃烧(西勒和克鲁岑,1980)。后来的研究,基于表面更全面的火灾记录和统计,表明燃烧值低估了早些时候的北方森林,平均每年800万公顷燃烧在1980年代,以极大的同比波动(股票等,1993)。最大的火灾之一的北方森林测量发生在1987年5月中国东北的黑龙江省。在不到4周,超过130万公顷的北方森林被烧毁(列文等,1991;Cahoon等,1994)。同时,广泛的火活动发生在俄罗斯过境到中国,特别是在贝加尔湖以东地区在黑龙江和丽娜河之间。估计基于国家海洋和Atmospholic管理局(NOAA)先进的高分辨率辐射计(AVHRR)图像表明,1440万公顷(3570万英亩)在中国和西伯利亚被焚烧(Cahoon等,1994),1987年早些时候估计相形见绌的北方森林火灾燃烧区域。
而1987年在亚洲东部,是一个极端的火稀疏数据库可能建议火灾趋势。在北方森林燃烧增加随着时间的推移,或卫星测量提供更准确的数据吗?卫星测量当然是提供一个更准确的评估的程度和频率北方森林的燃烧。随着全球变暖的继续,预测世界上温暖和干燥条件的北方森林将导致更频繁和更大的火灾和更大的二氧化碳和甲烷生产的火灾,这样增加了燃烧可以代表一个重要积极应对气候变化raybet雷竞技最新反馈。
使用采用卫星烧伤面积计算和测量的气体排放比率表明中国和西伯利亚的北方森林火灾火灾在1987年贡献了大约20%的总稀树大草原燃烧产生的二氧化碳,草原上燃烧,产生的公司总数的36%和69%的总稀树大草原燃烧产生的甲烷(Cahoon等,1994)。因为热带稀树大草原燃烧代表最大组成部分燃烧的植被被火(表7.2),很明显,北方的大气排放森林燃烧必须包括在全球排放预算。
世界上有几种原因,燃烧的北方森林非常重要:
1北方森林非常容易受到全球变暖。小的表面温度的变化可以显著影响冰和冰雪反照率反馈(陆地表面的反射)的变化。由fire-produced温室气体,因此,红外吸收过程以及fire-induced表面反照率和红外发射率的变化在北方森林地区,更比在热带环境重要。
2的北方森林,全球变暖将导致温暖和干燥条件。这反过来又可能导致火灾的频率和随之不断增强的CO2和CH4的排放将会增强温室效应。
3在北方森林火灾是自然界中最精力充沛。单位面积上的平均油耗在北方森林25000公斤的订单农业,约一个数量级大于在热带地区。通常大北方森林火灾蔓延很快,通常作为“皇冠火灾”,导致整个树的燃烧起来,包括皇冠。大北方森林火灾释放出足够的能量来产生对流烟柱,经常达到到对流层上层,有时,可以直接穿透整个对流层顶到平流层。对流层顶是身高至少在世界各地的北方森林。作为一个例子,1986年的森林火灾西北安大略湖(红湖)生成一个对流烟柱12至13公里高,穿透整个对流层顶到平流层(股票和Flannigan, 1987)。北方森林火灾之间有很强的联系在加拿大和俄罗斯东部,1998年增加平流层气溶胶同期(弗洛姆等,2000)。
4冷对流层的温度世界各地的北方森林导致低水平的对流层水汽。缺少对流层水汽和稀缺的入射太阳辐射在一年的大多数导致非常低的光化学在北方森林氢氧自由基的生产。哦,激进的是压倒性的化学清道夫的对流层和控制大气一生许多对流层的气体,包括甲烷。浓度很低的哦,激进的北方森林导致增强对流层大气寿命对于大多数气体,包括甲烷产生的生物质燃烧。因此,燃烧产生的气体,如有限公司CH4和氮的氧化物,会增强在北方森林大气寿命。
新信息对世界上燃烧的北方森林,卫星测量的基础上,报道了Kasischke et al (1999)。在这项研究的一些发现报告总结:
1火灾在北方森林覆盖至少100000公顷并不少见。
2北方森林的北美,大多数火灾(> 90%)皇冠火灾。其余的是表面火灾。皇冠火灾消耗更多的燃料(30到40吨每公顷的生物质材料燃烧)比表面火灾(8到12吨每公顷的生物质材料燃烧)。
3北美的火灾记录在过去的三十年里清楚地显示了在北方森林火灾的情景性性质。大型火灾年发生在长时间的干旱,允许自然引发火灾燃烧大面积(即lightning-ignited火灾)。自1970年以来,该地区在六年情景火焚烧北美针叶林带每年620万公顷,每年150万公顷烧剩下的年。有证据表明,一个类似的情景模式,火灾也可能存在于俄罗斯北方森林。
4在北美的北方森林火灾数据显示每年显著增加面积烧伤在过去的三十年里,平均每年150万公顷燃烧在1970年代和320万公顷每年燃烧1990年代。此增加燃烧对应上升1.0到1.6°C的同期(汉森等,1996)。预计2到4°C增加温度由于预计增加的温室气体在21世纪可能导致高水平的火活动在世界各地的北方森林未来(股票等,1993)。
5在典型年北方森林,大量的生物质消耗在火力范围10至20吨每公顷。与情景火灾在干旱期间,大量的生物质消耗在生物质燃烧可能高达50到60吨每公顷。假设生物量约50%碳的质量,这样的数量将发布450年到600年全球tg C。这些数量大大高于经常被引用值总碳生物质燃烧释放的130年世界寒带和温带森林tg C全球(Andreae, 1991;见表7.2)。
计算气体和微粒排放的燃烧
评估两种生物质燃烧对环境和健康的影响,产生的气体和微粒排放信息需要在火和释放到大气中。植被和泥炭火灾气体排放量的计算可以使用一种形式的计算一个表达式从西勒和克鲁岑(1980)为每个燃烧系统/地形:
M =总质量的植被或泥炭被燃烧(吨)=区域燃烧(平方公里),B =生物质加载km-2(吨),E =燃烧效率(无量纲)。碳的总质量(M (C))释放到大气中在燃烧与M以下表达式:
其中C是生物质中碳的质量百分比。为热带植物C = 0.45 (Andreae, 1991);泥炭,C = 0.50 (Yokelson等,1996)。二氧化碳的质量(M (CO2))发布在火与M (C)通过以下表达式:
燃烧效率(CE)是碳排放二氧化碳的比例相对于总碳化合物在火灾中释放。热带植被火灾、CE = 0.90 (Andreae, 1991);对泥炭火灾、CE = 0.77 (Yokelson等,1997)。生物负载范围和燃烧效率对热带生态系统归纳如表7.3。
一旦燃烧产生的二氧化碳的质量,质量的任何其他物种,X;(M (XJ),由燃烧并释放到大气中可以了解CO2-normalized物种的排放计算比率(ER (XJ))。发射率的比率是生产X的物种;生产的二氧化碳。质量的物种,Xb有关二氧化碳的质量通过以下表达式:
植被类型 |
生物负载范围km-2(吨) |
燃烧效率 |
泥煤的 |
97500年 |
0.50 |
热带rainforests2 |
5000 - 55000 |
0.20 |
5000 - 10000 |
0.30 |
|
种植园 |
500 - 10000 |
0.40 |
干燥的森林 |
3000 - 7000 |
0.40 |
凡波斯 |
2000 - 4500 |
0.50 |
湿地 |
340 - 1000 |
0.70 |
肥沃的草原 |
50 - 550 |
0.96 |
森林和草原镶嵌 |
50 - 500 |
0.45 |
不育的热带稀树草原 |
50 - 500 |
0.95 |
肥沃的大草原 |
50 - 500 |
0.95 |
贫瘠的草原 |
50 - 350 |
0.96 |
灌木地 |
50 - 200 |
0.95 |
来源:从斯科尔斯et al (1996) except1 Brunig(1977)和Supardi et al (1993);; |
2布朗和加斯顿(1996) |
|
M (Xj) =呃(Xj) X M (CO2)(吨元素X) (4)
X;= CO、CH4、氮氧化物、NH3和O3。重要的是要强调,O3不是直接生物质燃烧的产物。然而,O3是通过生产光化学反应CO、CH4和氮氧化物,所有由生物质直接燃烧。因此,臭氧产生的生物质燃烧的质量可能会被考虑到计算臭氧前体气体产生的生物质燃烧。发射率值为热带森林火灾和泥炭火灾归纳如表7.4。
计算总颗粒物(TPM)从热带森林火灾释放和泥炭火灾,使用以下表达式(病房,1990):
其中P是生物质能转化物质或泥炭物质在燃烧颗粒物。燃烧的热带植物,P = 20吨TPM / kilotonne生物质被火所吞噬;泥炭燃烧,我们假设P = 35吨TPM / kilotonne有机土壤或泥炭被火(病房,1990)。
可以说,重大不确定性计算火灾造成的气体和微粒排放涉及贫困或不完整
物种 |
热带森林火灾(%) |
参考 |
泥炭火灾(%) |
参考 |
二氧化碳 |
90.00 |
Andreae (1991) |
77.05 |
Yokelson et al (1997) |
有限公司 |
8.5 |
Andreae et al (1988) |
18.15 |
Yokelson et al (1997) |
甲烷 |
0.32 |
布莱克等等(1996) |
1.04 |
切割Yokelson等(1997) |
不, |
0.21 |
切割Andreae等(1988) |
0.46 |
来自 |
Yokelson et al (1997) |
||||
NH3 |
0.09 |
切割Andreae等(1988) |
1.28 |
切割Yokelson等(1997) |
O3 |
0.48 |
切割Andreae等(1988) |
1.04 |
来自 |
Yokelson et al (1997) |
||||
TPM1 |
20 tkf |
病房(1990) |
35 tkf |
病房(1990) |
注:1总颗粒物排放比率都在单位的t kt的生物量或泥炭火材料消耗)。
(吨每kilotonne总颗粒物
注:1总颗粒物排放比率都在单位的t kt的生物量或泥炭火材料消耗)。
(吨总颗粒物/ kilotonne信息四个火和生态系统参数:(1)烧伤面积(A);(2)生态系统或燃烧的地形,如森林、草地、农田、泥炭地,等;(3)生物质加载(B),即大量的生物质燃烧前的单位面积生态系统;和(4)火效率(C),即大量的生物质燃烧的生态系统,实际上是被燃烧。
生物质燃烧的案例研究:1997年的森林大火在东南亚
广泛和普遍的热带森林和泥炭火灾席卷整个加里曼丹和苏门答腊,印度尼西亚,1997年8月和12月之间(布劳尔和Hisham-Hishman, 1988;汉密尔顿等人,2000)。从燃烧的大火导致清理土地和土地利用变化。然而,厄尔尼诺现象所带来的严重的干旱导致小烧荒火灾成为大不受控制的森林大火。基于卫星图像,据估计,共有45600平方公里燃烧在加里曼丹和苏门答腊之间8月和1997年12月(刘等人,1998)。产生的气体和微粒排放在这些火灾和减少释放到大气中大气能见度,影响大气的组成和化学,影响人类健康。在东南亚一些火灾的后果是:(1)超过2亿人暴露于高水平的空气污染和微粒产生火灾;(2)超过2000万吸烟引起的健康问题记录;(3)与火有关的损害成本超过40亿美元;(4)在1997年9月26日,一架商用客机(揭路荼航空公司空客300 - b4)坠毁在苏门答腊由于能见度很差由于大火产生的浓烟在降落,234名乘客丧生;(5)在1997年9月27日,两艘船相撞在海上由于低能见度在马六甲海峡,海岸的马来西亚,有29名船员丧生。
国际环境和健康影响的担忧这些火灾是巨大的。三个不同的机构联合国组织研讨会和报告这些火灾对环境和健康的影响:世界气象组织(WMO)“车间区域跨界的烟和东南亚,新加坡,2 - 5 1998年6月,世界卫生组织(世卫组织)森林火灾情景事件的健康指南,利马,秘鲁,6 - 91998年10月和联合国环境规划署(UNEP)报告的荒地火灾和环境:全球合成”,发表在1999年2月(列文等,1999)。印尼火灾也形成了国家地理杂志的一篇文章的基础上,题为“火的印尼的瘟疫”(西蒙斯,1998)。
印度尼西亚排名第三,仅次于巴西和刚果民主共和国(原扎伊尔),热带森林面积。印尼的总土地面积190万平方公里,现有森林覆盖的估计范围从0.9到120万平方公里,或48总数的69%。印度尼西亚的森林主导景观(Makarim等,1998)。大面积的印尼森林烧毁了1982年和1983年。仅在加里曼丹,森林大火烧毁从2.4到360万公顷(Makarim等,1998)。有趣的是,有一个不确定性的120万公顷。
刘et al(1998)分析了766卫星倒l 'Observation de la特(现货)快速直观的图像几乎完全覆盖的加里曼丹和苏门答腊从1997年8月至12月。他们估计加里曼丹的烧伤面积为30600平方公里,燃烧面积在苏门答腊岛15000平方公里,烧伤总面积为45600平方公里(这相当于合并后的罗德岛州、特拉华、康涅狄格州和新泽西州,在美国)。刘et al(1998)的估计只占面积的下限估计了1997年在东南亚,由于现货数据只覆盖加里曼丹和苏门答腊和不包括火灾印度尼西亚伊里安查亚群岛,苏拉威西岛,Java,松巴哇,科莫多,弗洛雷斯,Sumba、东帝汶和温特或火灾的邻国马来西亚和文莱。雷竞技手机版app
/地形的自然生态系统,在加里曼丹和苏门答腊燃烧吗?1997年10月,NOAA卫星监测产生以下火热点分布在印尼(UNDAC, 1998):农业和种植区域:45.95%;布什和泥炭土壤领域:24.27%;森林生产力:15.49%;木材房地产领域:8.51%;保护区:4.58%;和轮回网站:1.20%(三个森林/木材地区加起来总共28.58%的面积烧伤)。火热点的分布并不是一个实际的指数区域燃烧,NOAA采用卫星热点分布非常相似生态系统/燃烧区域的地形分布推导出由刘et al(1998)基于现货图片的实际燃烧领域:农业和种植区域:50%;森林和灌木:30%;森林和泥炭沼泽:20%。由于燃烧生态系统的估计/地形刘et al(1998)根据实际发现燃烧的图像区域,他们的估计是采用我们的计算。
生物质加载是什么三个地形分类被刘et al (1998) ?
生物量的值加载或燃料装载各种热带生态系统总结在表7.3。在东南亚热带森林的生物量加载km-2范围从5000到55000吨,平均价值23000吨km-2(布朗和加斯顿,1996)。然而,在我们的计算我们使用一个值10000吨km-2保守。农业和种植地区生物质加载(主要是橡皮树和棕榈树)5000吨km-2也是一个保守的价值(刘等人,1998)。Nichol(1997)已经调查了泥炭的加里曼丹和苏门答腊和使用生物质加载值97500吨km-2 (Supardi等,1993)干泥炭存款1.5米厚的代表印尼泥炭在她的研究中。Brunig(1997)给出了一个为泥炭生物质加载类似的价值。
森林的燃烧效率是估计在0.20和0.50泥炭估计(Levine和高于,2000)。发射率值为热带森林火灾和泥炭火灾归纳如表7.4。检查表7.4表明CH4的排放比地下泥炭燃烧的三倍CH4的排放比例燃烧地上植被。的基础上,讨论了在这一节中,燃烧区域的值、生物质中使用加载和燃烧效率计算归纳如表7.5。
1总面积燃烧在印度尼西亚加里曼丹和苏门答腊 |
在1997:45,600km2 |
|
2燃烧区域分布,生物质加载和燃烧效率 |
||
农业和种植地区50% |
5000吨km-2 |
0.20 |
B森林和灌木丛中30% |
10000吨km-2 |
0.20 |
C泥炭沼泽森林20% |
97500吨km-2 |
0.50 |
结果ofcalculations:气体和微粒排放的火灾在加里曼丹和苏门答腊,印度尼西亚,1997年8月至12月
计算气体和微粒排放从加里曼丹和苏门答腊的火灾,从1997年8月至12月,总结在表7.6(莱文,1999)(重要的是要记住,大火持续整个东南亚从1月到1998年4月,大火覆盖更多的比加里曼丹和苏门答腊地区)。
农业/ |
森林大火 |
泥炭火灾 |
总火 |
|
种植园火 |
排放 |
排放 |
排放 |
|
排放 |
||||
二氧化碳 |
9.234 |
11.080 |
171.170 |
191.485 |
(4.617 - -13.851) |
(5.54 - -16.62) |
(85.585 - -256.755) |
(95.742 - -287.226) |
|
有限公司 |
0.785 |
0.942 |
31.067 |
32.794 |
(0.392 - -1.177) |
(0.471 - -1.413) |
(15.533 - -46.600) |
(16.397 - -49.191) |
|
甲烷 |
0.030 |
0.035 |
1.780 |
1.845 |
(0.015 - -0.045) |
(0.017 - -0.052) |
(0.89 - -2.67) |
(0.922 - -2.767) |
|
氮氧化合物 |
0.023 |
0.027 |
0.921 |
0.971 |
(0.011 - -0.034) |
(0.013 - -0.040) |
(0.460 - -1.381) |
(0.485 - -1.456) |
|
NH3 |
0.010 |
0.012 |
2.563 |
2.585 |
(0.005 - -0.01 5) |
(0.006 - -0.018) |
(1.281 - -3.844) |
(1.292 - -3.877) |
|
O3 |
0.177 |
0.213 |
6.710 |
7.100 |
(0.088 - -0.265) |
(0.106 - -0.319) |
(3.35 - -10.06) |
(3.55 - -10.65) |
|
TPM |
0.460 |
0.547 |
15.561 |
16.568 |
(0.23 - -0.69) |
(0.273 - -0.820) |
(7.780 - -23.341) |
(8.284 - -24.852) |
注意:对于烧伤总面积= 45600平方公里。每个物种的最佳估计排放值是在第一行和排放值的范围在括号最好的猜测(参见文本讨论排放估算的范围和不确定性的计算)。单位的排放:数百万吨二氧化碳(Mt)的C,有限公司和甲烷;Mt (N为氮氧化物和氨;太O3 O3的;矿渣MtC的微粒;1吨= 1012克= 1 tg。来源:莱文(1999)
注意:对于烧伤总面积= 45600平方公里。每个物种的最佳估计排放值是在第一行和排放值的范围在括号最好的猜测(参见文本讨论排放估算的范围和不确定性的计算)。单位的排放:数百万吨二氧化碳(Mt)的C,有限公司和甲烷;Mt (N为氮氧化物和氨;太O3 O3的;矿渣MtC的微粒;1吨= 1012克= 1 tg。来源:莱文(1999)
对于每个列出的七个物种,由于农业/种植园燃烧排放(A),森林燃烧(F),和泥炭燃烧(P)。这三个组件的总(T) (A + F + P)。“最佳估计”的总排放量:二氧化碳:1.91485亿吨C C (Tg);公司:32.794 tg C;1.845 CH tg C;氮氧化物:5.898 tg N;NH3: 2.585 tg N;O3: 7.100 tg O3;tg和总颗粒物:16.154 C。
这些火灾的二氧化碳排放约2.2%的全球年度净排放的二氧化碳从所有来源(见表7.2全球年产量的二氧化碳,这是~ 8700 tg C)。这些大火产生的其他气体的比例相比,全球年产量从所有来源是:公司:2.98%;甲烷:0.48%;氮的氧化物:2.43%;氨:5.87%;和TPM: 1.08%。
然而,重要的是要强调,这些排放计算代表下限值自计算只是基于燃烧1997年在加里曼丹和苏门答腊。燃烧的计算不包括在Java中,苏拉威西岛,伊里安查亚,松巴哇,科莫多,弗洛雷斯,Sumba、东帝汶和温特在印尼或在邻国马来西亚和文莱。
有趣的是比较气体和微粒排放从1997加里曼丹和苏门答腊火灾与1991年科威特石油火灾,描述为“重大环境灾难”。劳尔森et al(1992)计算二氧化碳的排放,CO、CH4、氮氧化物和微粒从科威特石油火灾单位每天太。劳尔森et al(1992)计算归纳如表7.7。比较这些计算的计算加里曼丹和苏门答腊(表7.7),我们归一化计算的总天数的燃烧。现场图片(刘等人,1998)5个月(1997年August-December)约150天。与科威特火排放进行比较,我们计算排放量除以150天。气体和微粒排放从火灾中加里曼丹和苏门答腊大大超过了排放从科威特石油火灾。1997年火灾加里曼丹和苏门答腊显然是气体和微粒排放的一个重要来源地方、区域和全球大气。
表7.7对比气体和微粒排放:印尼火灾和科威特石油火灾
物种印尼火灾科威特石油火灾
表7.7对比气体和微粒排放:印尼火灾和科威特石油火灾
物种印尼火灾科威特石油火灾
的忍耐力 |
1.28倍 |
:106 |
5.0倍 |
:105 |
有限公司 |
2.19倍 |
:105 |
4.4倍 |
:103 |
甲烷 |
1.23倍 |
:104 |
1.5倍 |
:103 |
氮氧化合物 |
6.19倍 |
:103 |
2.0倍 |
:102 |
微粒 |
1.08倍 |
:105 |
1.2倍 |
:104 |
注:单位的排放:每天太C的二氧化碳,一氧化碳和甲烷;每天太氮(N);每天太微粒来源:科威特石油火灾数据劳尔森et al (1992)
注:单位的排放:每天太C的二氧化碳,一氧化碳和甲烷;每天太氮(N);每天太微粒来源:科威特石油火灾数据劳尔森et al (1992)
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