森林计划烧除的PM2.5排放时空过程模拟及其对空气质量的影响*

曹国军 李嘉昕 赵凤君 舒立福 叶江霞

(1.西南林业大学 昆明 650224； 2.中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林草局森林保护学重点开放性实验室 北京 100091)

在野火失去控制成为灾害造成重大生态与经济损失得到关注的同时(Stevens-Rumannetal.， 2019； Abatzoglouetal.， 2019； Forkeletal.， 2019)，人们也逐渐认识到野火是重要的生态过程，有调节生物体性状、种群大小、群落组成结构及生态系统功能的作用(McLauchlanetal.， 2020)。国际上常采用计划烧除(prescribed burning)来管理野外土地，即在一定可控范围下人为使用弱度火，有计划地对林下可燃物进行烧除，以减少可燃物载量、降低森林火灾和病虫害发生的可能，促进火依赖的动植物的繁育与更新等，它是森林经营的重要措施。长期以来计划烧除在北美被认为是管理非商业性可燃物及植被的最为经济有效的手段，被广泛应用于国家森林和国家公园土地管理中(Stambaughetal.， 2017； Liuetal.， 2009)，我国于20世纪80年代开始在林地管理中实施计划烧除(王兰新等， 2015)。现有研究表明计划烧除可有效减少林下可燃物载量，从而降低野火发生风险，但计划烧除过程中因地表生物质燃烧会产生大量有害物质，包括一氧化碳、多环芳烃、二氧化硫、氮氧化物、醛酮类化合物和烟尘颗粒物(PM)等(柯华兵等， 2020)，经过大气传输与沉降，会极大地影响近地表空气质量，特别是PM2.5(空气动力直径≤2.5μm的颗粒物)(Huetal.， 2008)。高质量浓度的PM2.5不仅降低能见度，影响出行安全，甚至严重威胁人类健康(胡婧等， 2007)，这一问题已经引起环保部门及社会关注(闫想想等， 2020)。国外已有学者初步探索了计划烧除烟尘对空气质量的影响规律(Goodricketal.， 2013； Draxleretal.， 2015； Zhaoetal.， 2020)，而国内对这一问题关注较少，特别是对计划烧除烟尘排放量、传输过程及其如何影响空气质量的定量分析。

云南是我国森林火灾高发多发区(Yeetal.， 2017)，特别是人口集中、社会经济发展相对较好的滇中地区。该区域内森林以乡土树种云南松(Pinusyunnanensis)分布为主，其面积占全省森林的52%，蓄积占全省有林地的32%(胡宗华， 2017； 陈剑等， 2021)。由于云南松生长更新迅速，每年产生大量枯落物，严重影响林地生产力，加之当地季风气候、连年高温少雨，使云南松林具有极大的火灾隐患，是我国计划烧除的重点对象，在20世纪末就有对云南松计划烧除的研究(马志贵等， 1998； 王秋华等， 2018)。云南省多地每年11月至翌年2月集中实施计划烧除，如2019年2月间滇中多地进行了大规模云南松林计划烧除，而与此同时昆明市主城区地面空气质量连日下降，主要污染物PM2.5超过国家空气质量标准75μg·m-3，达到轻度污染。城市空气质量下降是否与周边云南松林计划烧除有关，计划烧除点的烟尘中含有多少有害物质，其产生的烟尘如何进行传输，以及程度影响空气质量的程度这些问题都值得定量研究。

本研究以2019年2月云南省玉溪市峨山县与新平县云南松计划烧除林分为对象，通过样地调查、载量评估、烟尘排放计算及时空扩散过程模拟，分析下风口城市PM2.5模拟扩散值与地面监测值的定量关系，揭示计划烧除烟尘对下风向城市空气质量的影响，为指导科学合理的计划烧除、烟尘管理提供理论依据。

1 研究区概况

玉溪市新平县与峨山县位于云南省中部地区，与昆明市相距约90 km，位于昆明市西南方向，地处哀牢山中段(101°16′30″—102°37′E，23°38′15″—24°32′N),主要地形为河谷地带，土壤类型以红壤为主，森林面积分别为32.04万hm2和13.2万hm2，森林覆盖率分别达64.6%和68.4%，主要林分类型为云南松林，起源为天然林。区域内日照时间与无霜期较长，降水量较少，属亚热带高原季风气候，冬春季受来自大陆高压前部的偏东气流或经过青藏高原南侧的西风气流的影响，其来风向主要为东北向。由于云南松属暖性针叶树种，林下枯落松针堆积，属易燃性高可燃物，加之冬春季干旱少雨，使得这一区域成为滇中高火险地区，是云南省实施计划烧除的重点地区，也是历年来计划烧除的代表性林分。

2 研究方法

2.1 数据来源

2.1.1 气象资料 烟尘的扩散和沉降与气象条件密切相关。利用NOAA的全球资料同化系统(global data assimilation system，GDAS)美国国家环境预测中心(national center of environment prediction，NCEP)的气象数据，其中包括6 h一次的再分析资料、3 h 一次的预报资料，该数据在垂直方向分为21层，有温度、经向风、纬向风、湿度以及垂直速度等数据。NCEPGDAS数据把全球插值成1°×1°正形投影地图，从2005年1月—2019年2月，每7天保存一文件，每月更新，每月按5个星期进行保存(ftp:∥arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/)。下载覆盖研究区计划烧除时间点2019年2月11—14日的气象资料。

2.1.2 地面空气质量监测数据 地面空气质量监测数据反映近地表空气质量，来自空气质量监测平台真气网(https:∥www.zq12369.com/)，该平台是一个空气质量情况实时监测网络服务工具，利用国家级地面监测站点提供面向公众及应用的空气质量环境大数据服务，主要监测数据有PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3。借助该平台查询并整理研究区主要城市昆明市2019年2月11—14日间逐时PM2.5质量浓度监测值。

2.1.3 遥感数据 为观测及评估模拟烟尘扩散格局，选取我国第一颗地球静止轨道高分辨率对地观测卫星——高分四号，该卫星提供了50 m空间分辨率的可见光近红外多光谱(PMS)及400 m的中红外(IRS)波段数据，该数据因较好的空间分辨率及高温敏感性，对热异常及地物动态变化监测，特别是林火烟尘，具有重要应用前景(覃先林等， 2018)。选取2019年2月11日17时的多光谱数据，并对影像进行几何精纠正及多波段合成处理。其他行政界线、地名点等数据采用非涉密的基础地理信息资料。

2.2 可燃物载量评估

据地方林草部门资料， 2019年2月11—14日间新平县和峨山县实施了大规模的云南松林计划烧除，为准确获取计划烧除点地表可燃物载量，对计划烧除已烧区域和未烧除区域的云南松林分进行野外调查。将云南松林下可燃物分为腐殖质层和地表死可燃物，地表死可燃物根据其大小、燃烧时滞分为4类，分类标准见表1。根据计划烧除林分的特点，选取典型样点，分别在峨山县小街镇、新平县嘎洒镇和老厂乡云南松林分中设置3个10 m×10 m的未烧除云南松样点。样点1为云南松纯林，起源为天然林，平均胸径12cm，郁闭度为0.65，林下灌草覆盖，土层厚。样点2为云南松与栎(Quercusacutissima)类天然混交林，平均胸径16cm，郁闭度达0.70，林下灌草及枯枝落叶覆盖较多，土层厚度中等。样点3为云南松与萌生栎天然混交林，胸径仅6cm，郁闭度为0.60，林下草本覆盖较丰富，土层较薄。分别记录每个样地内优势树种、树高、胸径等。根据表1中可燃物大小分别在样地内收集10 h、100 h燃烧时滞的可燃物并称取总质量，分别选取鲜质量200 g样品带回备用； 对大于100 h燃烧时滞的可燃物单独拾取，测量其直径、长度、腐朽程度并取鲜质量300 g样品。然后在样地内四个角点及中心点设置5个0.2 m×0.2 m小样方，先将小样方内1 h燃烧时滞的可燃物测量厚度并收集样品称取总鲜质量，再对小样方人工挖掘土壤剖面、测量腐殖质厚度并收集样品称鲜质量，分别取1 h燃烧时滞的可燃物和腐殖质各100 g样品带回备用。

表1 可燃物载量调查分层标准表

将野外调查所取样品带回实验室，放入105℃恒温烘箱内24 h烘干得到干质量，计算测定云南松林分下各类可燃物载量，以及对比已烧除与未烧除样地，计算燃烧率。

2.3 烟尘排放量计算

烟尘定量分析是探究计划烧除林分烟尘排放及对空气质量影响的关键，由于生物质燃烧释放的烟尘成分非常复杂，定量化建模也极为困难(Larkinetal.， 2010)，研究借助美国林务局(U.S Forest Service, USFS)的火研究评估软件工具BlueSky。该工具通过一系列的建模过程，以极为灵活的方式解决可燃物类型及其载量的燃烧和排放量，可用于烟尘模拟及林地计划烧除管理决策支持，已成为全美日常野火烟气预报的重要工具(Larkinetal.， 2010； Zhaoetal.， 2020)。BlueSky工具对烟尘研究的系列过程是完全模块化的，用户可以通过BlueSky Playground 3.0自定义运行。对估计烟尘释放量，只需要输入火的基本信息，如规模(面积)和地点(纬度和经度)，而其他可燃物信息可默认设置或根据具体情况自定义输入。为获取更准确的排放量信息，利用实地野外可燃物样地调查及内业数据对可燃物类型、载量、湿度及燃烧效率进行自定义，作为模拟烟气排放量的输入。

2.4 烟尘模拟

烟尘模拟借助HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory model，混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型)进行。该工具是由美国大气海洋局(National Oceanic Administration，NOAA)和澳大利亚气象局共同研发、用于粒子扩散轨迹及沉降分析的软件工具，在预测野火烟尘、大气污染物、火山灰和过敏原的传输扩散轨迹和沉降中应用广泛(Draxleretal.， 1998； Morozetal.， 2010； Maetal.， 2020； Irajietal.， 2020； 刘灏等， 2021； Vinogradovaetal.， 2021)。HYSPLIT具有前向和后向运算的模式，本研究对烟尘污染进行扩散模拟，采用前向模式，基于欧拉-拉格朗日模型，粒子平流扩散采用拉格朗日方法，即通过粒子的初始起始点位置P(t)和推算起始点P′(t+Δt)的平均速率，从而计算得出最终所在位置。

推算起始点：

P′(t+Δt)=P(t)+V(P,t)Δt。

(1)

最终所在位置：

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

(2)

式中：P′(t+Δt)为烟尘粒子抬升后推算起始位置；P(t)为初始起始点位置；V(P，t)为初始位置的速度向量；V为粒子运动速度；t为起始时间；Δt为时间步长；V(P′,t+Δt)为推算起始点的速度向量；P(t+Δt)为一定时间后烟尘所在位置。

气象数据格式在水平坐标保持不变，但在垂直方向与普通算法不同，会根据坐标而内插到地形中：

(3)

式中：σ为地形坐标；Ztop为模式坐标顶部，Zgl为地形高度，Zmsl为模式坐标下边界高度。

2.5 烟尘扩散格局分析

选取昆明市区内呈贡新区、东风东路、龙泉镇、金鼎山4个国家级空气质量监测点，以近地面监测及模拟的PM2.5值为例，分析烟尘的扩散传输格局。提取逐小时HYSPLIT模拟PM2.5质量浓度值，考虑到常规空气中仍存在一定量的PM2.5，将计划烧除前一周的空气中PM2.5进行平均得到各监测点空气质量基础量，加上HYSPLIT模拟值，得到各监测点的模拟扩散烟尘观测值。通过同步的PM2.5监测值与模拟值数值大小及动态格局对比分析，结合研究区域地理环境因子，揭示烟尘扩散的规律。

3 结果与分析

3.1 可燃物载量和PM2.5排放量

根据野外样地调查及室内烘干试验，评估了各样点的可燃物载量(表2)。可见3个样点的可燃物载量差异较大，样点1、2、3的载量分别为63.422，57.902 和27.943 t·hm-2。各样点涵盖了不同燃烧时滞的可燃物类型，且腐殖质载量最高。因各样点的腐殖质厚度、林分密度及优势树种胸径的差异，导致3个样点载量差异较大。样点1、2、3的腐殖质厚度分别为4、3、1.5cm，载量(占地表可燃物总载量的比例)分别为56.89(89.7%)、45.06(77.82%)和22.52 t·hm-2(80.59%)。其次主要为1 h时滞的细小可燃物，约占10%。另外，样点中包括了一些10 h时滞的中等大小的死可燃物，其占比平均达到6.6%； 而超过100 h时滞的粗大可燃物几乎不涉及。

Bluesky计算的2月11日至14日云南松林下计划烧除的PM2.5排放量见表3。分别对3个样点计算了每1 000 hm2的PM2.5排放量(图1)，可见腐殖质的排放量远大于其他时滞的可燃物，1 h和10 h可燃物次之，10 h和大于100 h的可燃物排放量几乎没有。可以看出，PM2.5排放量大小不仅与烧除面积有关，还与不同时滞的可燃物载量有关。

表2 可燃物载量估算

表3 2月11日至14日计划烧除PM2.5排放量

图1 3个样点每1 000 hm2可燃物的PM2.5排放量

3.2 模拟烟尘扩散及动态格局

3.2.1 模拟参数设置 在模拟中，选取计划烧除面积较大区域为当日模拟的空间起始点； 起始时间根据实际计划烧除的开始时间设置，为当日北京时间12： 00，经过多次与卫星影像对比，垂直方向选取100 m为烟尘初始高度，时间步长为1 h，总时长为24 h，由HYSPLIT输出各时段模拟烟尘的矢量格式。选取2019年2月11日17时云南省部分地区同时间的高分四号卫星影像与该时段模拟结果示意图进行可视化叠加对比，以验证HYSPLIT模式参数设置及烟尘模拟效果。由图2可见，卫星影像中烟尘已扩散至昆明境内，通过HYSPLIT模拟的烟尘传输扩散的起点位置相同，模拟的烟尘轮廓与高分四号卫星影像中烟尘的扩散范围基本一致，表明模拟扩散轨迹与当日计划烧除所排放烟尘运动轨迹基本匹配，反映了计划烧除烟尘传输模拟参数设置的有效性及模拟结果的正确性。

3.2.2 烟尘时空传输动态格局 借助ArcGIS，叠加行政界线及地名点基础地理信息，模拟的PM2.5质量浓度依据中国《环境空气质量标准》进行分级划分： 0～35μg·m-3(优)、35～75μg·m-3(良)、75～115μg·m-3(轻度污染)、115～150μg·m-3(中度污染)、150～250μg·m-3(重度污染)，对大于250μg·m-3(严重污染)进行细化，制作PM2.5的传输扩散专题可视化地图。

图2 高分四号影像与模拟轮廓叠加对比示意图

图3 模拟2月11日烟尘扩散格局

在2月11日，根据计划烧除调查资料设置模拟起始点，一个烟尘从模拟点进行空间传输移动(图3a)，此时PM2.5质量浓度达到污染值(大于75μg·m-3)面积为41 396 hm2，占总扩散面积的75%。受西南风影响，烟尘向东北方向传输扩散，烟尘扩散经过玉溪市但并未扩散至玉溪市区内，以330 993.17 hm2·h-1的扩散速度在16时由西南方向扩散进入昆明市区内(图3b)，继而向东北方向曲靖市扩散，并于22时在昆明市区内PM2.5质量浓度分布范围达到最大(图3c)； 随着时间推移，PM2.5质量浓度因在空间扩散范围增加并因稀释而降低(图3c、3 d)。由图3可知，模拟时段计划烧除释放的PM2.5主要影响区域为玉溪市、昆明市和曲靖市，影响最严重的为昆明市，市区内出现大面积75～115μg·m-3(橙色)的轻度污染、115～150μg·m-3(红色)的中度污染以及零星斑块的150～250μg·m-3(玫红色)的重度污染。

图4 模拟的2月12日烟尘扩散格局

在2月12日，新平县与峨山县同时进行计划烧除，故设置2个模拟起始点，烟尘从模拟点进行空间传输移动(图4a)，在14时第2个烟尘以111 178.75 hm2·h-1的速度扩散至第1个烟尘的模拟起始点，随后2个烟尘融合一并向东北方向扩散移动(图4b)。在16时以594 440.34 hm2·h-1的速度同时扩散至玉溪及昆明市内，并随后向东北偏东向扩散(图4c)。23时昆明市区内PM2.5质量浓度呈阶梯分布，其中呈贡区影响较为严重，PM2.5质量浓度在35～400μg·m-3均有分布，其中35～75μg·m-3(良)面积为9 463.34 hm2，75～115μg·m-3(轻度污染)面积为8 953.45 hm2，115～150μg·m-3(中度污染)面积为4 410.8 hm2，大于150μg·m-3(中度污染)面积为2 975.87 hm2，市区内其他区域主要为0～35μg·m-3(优，图4 d)。2月12日扩散至玉溪与曲靖市区内的PM2.5质量浓度主要为0～35μg·m-3(优)，而在23点后风向由西南风转为南向风，烟尘扩散轨迹逐渐向正北方向移动(图4e、4f)。

图5 模拟2月13日烟尘扩散格局

在2月13日，模拟起始点和烟尘数与上相同(如图5a)，但由于2月13日计划烧除面积较大，PM2.5排放量远大于12日。峨山县的烟尘点在12时至18时向东向扩散移动，并在18时以197 889.44 hm2·h-1的速度传输到达昆明市区。而新平县的烟尘点沿东北偏东向，以277 880.82 hm2·h-1的速度扩散至玉溪市区，在当日18时，2个烟尘在空间上叠合(图5a、5b)。随后，峨山的烟尘于当日19时开始向东北方向扩散，往昆明市区大量输送，并在23时分布最广，使昆明市区的PM2.5质量浓度达0～250μg·m-3，大于75μg·m-3的面积为79 151.38 hm2(图5c、5 d、5e)，于2月14日03时扩散至曲靖市区内(图5f)。总体看，峨山烟尘影响的主要地区是昆明市和曲靖市，新平烟尘扩散的主要影响范围是玉溪市，其次是昆明市。

在2月14日，新平县与峨山县计划烧除点位置如图6a。于当日15时,2个烟尘扩散重合，且同时对玉溪市区产生影响(图6b)，随时间推移至昆明市区时间为当日20时，在2月15日04时分布范围最广(图 6c、6d)。2月14日，在4天模拟期间内计划烧除面积和PM2.5排放量最少，2个烟尘主要影响地区为玉溪市，对昆明市和曲靖市影响较小，3个市区内的PM2.5质量浓度值主要范围为0～35μg·m-3(绿色)。

图6 模拟2月14日烟尘扩散格局

3.3 地面空气监测与扩散模拟相关性

将2月11—14日昆明市区内PM2.5近地面质量浓度监测值与HYSPLIT模式模拟值时间动态进行散点图分析(图7)，从数值上看模拟值与监测值有所差异，但将二者绘制散点图发现，基本呈线性关系，相关系数达到0.787 43。确定系数达到0.78743，相关很强，但模拟值总体上小于监测值。

进一步分析2月11—14日地面监测PM2.5质量浓度与模拟质量浓度，监测值与模拟值在时间动态变化格局上极为相似(图8)。2月11日，可见模拟值和监测值的逐时变化趋势较接近，且量级一致，但监测的峰值比模拟峰值出现滞后。在2月12日和13日，PM2.5质量浓度模拟值在达到峰值后下降，监测峰值也存在滞后，于次日凌晨出现且持续时间较长，与模拟值存在一定误差，监测峰值均大于75μg·m-3，达到轻度污染。在2月11日至2月14日的模拟中，发现模拟的PM2.5峰值稍大于监测值，监测值在某段时间下降速率较快，此时段的模拟值大于监测值。

PM2.5模拟值与监测值相比存在滞后现象，是由于PM2.5的模拟经过上升传输扩散，而监测数据的PM2.5值是在近地面50 m，虽然PM2.5已扩散至该地区，但并未沉降。模拟值与监测值的差异是由于白天气象因素影响PM2.5的扩散，例如： 风速、温度、湿度以及水蒸气的蒸发等。而夜晚凌晨后风速变小、湿度变大，特别是清晨水汽凝结，导致上层PM2.5加速沉降，故监测值较大(曹莹莹， 2016； 崔芬萍， 2017)。另外拉格朗日的计算也存在一定误差(15%～30%)(张钰伊等， 2016)。

图7 PM2.5质量浓度的模拟值与监测值对比

图8 PM2.5模拟值与监测值的变化过程

4 讨论

本文利用地面PM2.5监测数据、气象数据和计划烧除资料等，结合HYSPLIT前向模式，从模拟计划烧除所释放的PM2.5的输送路径和质量浓度时空变化，以及计划烧除对空气质量影响方面，分析了2月11—14日计划烧除释放PM2.5的过程。

4.1 可燃物载量

本研究模拟的云南松林计划烧除区域，可燃物总载量平均值达到49.8 t·hm-2，其中腐殖质占比82.7%，时滞1、10、100与大于100 h的总和为8.3 t·hm-2。这与王秋华等(2018)采用收获法称取可燃物分析滇中地区新平县云南松纯林的可燃物载量结果基本一致，但低于本研究的总载量，其中除腐殖质外其他类型可燃物载量基本相同，其主要原因是采集的可燃物类型为松针凋落物、松针、蕨类，与本研究设置的可燃物类型不同，从而造成本研究计算的可燃物总载量较大。造成可燃物载量差异的因素众多，主要因素为海拔和坡度等立地因子，林分密度与优势树种的大小是控制地表死可燃物载量的重要林分因子，其与可燃物载量呈正相关。

4.2 影响烟尘传输的要素

根据2月12日13： 00—13日12： 00每小时烟尘传输的扩散面积，得到烟尘传输速度，结合真气网获取该时段风速数据。可以得出烟尘传输速度在12日17： 00达到第1个峰值，在之后4 h内速度陡降，在12日21： 00至翌日上午7： 00传输速度变化幅度较小，但在7： 00后又一次陡升，最大峰值出现在13日11： 00。在12日15时之前，风速在3～4级波动，之后出现一次陡降，在23： 00至翌日09时维持在2级风，之后陡升并在13日11时达到峰值风速。可见风速与烟尘传输速度趋势基本一致，表明烟尘传输速度与风速呈正相关。

烟尘在12日21时至次日07时传输速度出现小幅度变化，此时风速保持稳定，进一步分析影响烟尘传输速度的其他因素，特别是地形地貌要素及其微地形格局。如曲靖市地处乌蒙山脉，地形复杂，两山之间存在微气候(峡谷效应)，使小范围内风速产生变化，进一步影响烟尘的传输扩散，凌晨山地昼夜温差较大，温度降低、压强减小，风速也会随之产生变化。地形、高度、温度等因素会对风速产生影响(Mcvicaretal.， 2010； Wuetal.， 2018)，且城市建设和土地利用变化会导致地表粗糙，并使风速降低(李艳等， 2008)，这些因素都会间接影响烟尘传输速度。

4.3 烟尘模拟结果

研究模拟的主要城市烟尘中PM2.5平均质量浓度值总体上达到44μg·m-3，大于地面监测值，这与Pouliot等(2017)对2016年11月14日亚特兰大RRF模拟的PM2.5质量浓度为20μg·m-3并小于实际观测值的结果不一致。这是由于他们使用的火灾排放数据来自美国国家大气研究中心(NCAR)的野火调查数据，在美国东南部的可燃物载量估计中，腐殖质的载量并不包含在内，这使得模拟的PM2.5值较小。而本研究模拟的烟尘质量浓度中，腐殖质燃烧产生的烟尘最多，这与Zhao等(2020)在美国佐治亚州的2016年 Rough Ridge Fire研究中分析不同可燃物对烟尘的贡献率得出的结果一致。本研究的计划烧除主要燃烧物为地表可燃物，为了进一步分析地表可燃物对于烟尘中PM2.5的影响，将可燃物根据不同燃烧时滞分为4层，并将腐殖质单独作为一类，这利于更精确地估计森林可燃物燃烧的排放烟尘。此外，本研究对烟尘时空格局进行了逐小时模拟，但由于研究区域较小，观察的影响范围主要是周围城市，对不同燃烧时滞可燃物的烟尘贡献分析不够详尽。

4.4 影响烟尘扩散的精度

气象数据作为模拟烟尘时空格局的必要因素，其数据精度也影响模拟精确性，本研究选取了NOAA的NCEP的气象数据产品，精度为1°×1°，其模拟的计划烧除烟尘空间扩散距离约为500 km，这对于较小尺度的烟尘扩散研究，特别是山地地形效应、立体气候明显的区域，气象数据的精度明显影响模拟结果的精确性。研究利用更精细的气象因子，如国家气象科学数据产品，并分析其与HYSPLIT模式兼容格式，是提高模拟精度的方向。另外，本研究仅关注了滇中玉溪市新平县与峨山县计划烧除的烟尘排放，这一时段是否还存在其他生物质燃烧或污染事件，也会造成监测值与模拟值的偏差。最后，拉格朗日模型的计算本身存在一定误差。

4.5 减缓烟尘影响的建议

计划烧除烟尘中污染物的排放量取决于可燃物载量及燃烧面积，传输扩散的轨迹与分布受风的影响较大，温度和湿度是PM2.5在沉降过程中的重要影响因素。适当的控制计划烧除面积、风速小的天气、控制温度与湿度，是减缓排放污染物的重要手段。

通过链接计划烧除的火灾信息、可燃物载量、火灾消耗、火灾排放和烟尘扩散模型，基于过去气象因素(与当日气象条件相似)和当前烟尘排放信息，对突发性森林火灾所产生的烟尘进行模拟，可以有效预测烟尘的传输轨迹与格局，从而通过人为的增加湿度等措施减缓烟尘扩散(加速沉降)，从而降低其对城市和人口密集区域空气质量的影响，从而减少对人类危害。

5 结论

本研究以云南松林分计划烧除释放的PM2.5为例，通过对可燃物样地调查、载量评估、BlueSky烟尘排放量计算及HYSPLIT烟尘模拟扩散，分析其对传输通道下风向城市空气质量的影响，定量揭示了森林计划烧除对空气质量的影响，利于指导林火管理和污染预警。研究得出如下结论：

1) 计划烧除烟尘排放量与可燃物载量及烧除面积正相关，腐殖质层越厚、载量越大，烟尘排放越多。

2) 森林计划烧除对烟尘传输通道下方城市的空气质量具有明显影响，但具有一定滞后性。计划烧除在有效减少可燃物载量、降低森林火险的同时，其燃烧释放的烟尘会明显降低传输通道下方城市的空气质量，但由于烟尘的空间抬升、扩散及沉降，使得计划烧除对空气质量的影响具有一定的时间滞后性。

3) 进行计划烧除前的烟尘污染定量评估与预警可有效减缓计划烧除烟尘危害。考虑计划烧除烟尘排放的污染及对扩散通道下空气质量的影响，有必要进行计划烧除前的烟尘污染定量预报、评估和预警，以指导选择合适的烧除时间和控制每日计划烧除面积，以消除或减缓对周边空气质量及居民健康的不利影响，同时发挥森林计划烧除的减灾和生态系统调节作用。