一种秸秆焚烧分级预报监测方法

本发明涉及大气环境监测与农业污染管控，具体为一种秸秆焚烧分级预报监测方法。

背景技术：

1、秸秆焚烧是导致区域空气质量恶化，尤其是pm2.5浓度急剧升高的重要来源之一。传统的秸秆禁烧管理既难以有效管控污染，也无法满足农业生产实际需求。

2、目前，一些技术方案开始利用卫星遥感监测火点，但该方法属于事后监测，无法提供预报信息，且易受云层遮挡影响。另一些研究尝试利用空气质量模型模拟污染扩散，但通常仅限于模拟污染物浓度分布，未能进一步量化秸秆焚烧的具体贡献并将其与动态管控措施直接挂钩，缺乏一套完整的从预报、溯源、分级到区域联动的决策支持体系。

3、因此，迫切需要一种能够提前预报、精准溯源、科学分级并考虑区域传输影响的秸秆焚烧管理系统，以弥补现有技术的不足。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种秸秆焚烧分级预报监测方法，具备通过融合气象预报、空气质量模型、源解析技术和环境标准，构建一个业务化的预报预警体系，实现对未来数日内不同区域秸秆焚烧活动适宜性的分级评估与动态指导优点，解决了缺乏一套完整的从预报、溯源、分级到区域联动的决策支持体系的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述对秸秆焚烧活动的科学、精准和分级管控目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种秸秆焚烧分级预报监测方法，包括以下系统：

6、数据采集与模式模拟：获取gfs气象预报数据及区域排放源网格数据，采用rams-cmaq区域空气质量模式作为主体模拟工具，对目标区域开展高时空分辨率数值预报，得到未来72-168小时内的大气气象场时空分布数据、大气污染场时空分布数据及秸秆焚烧对pm2.5质量浓度的贡献比例数据；

7、秸秆焚烧贡献比例溯源：基于步骤1得到的大气污染场数据，对秸秆燃烧产生的污染物浓度开展溯源模拟，定量确定秸秆焚烧对目标区域内各点位pm2.5质量浓度的实际贡献比例；

8、焚烧指数分级判定：以gb3095-2012《环境空气质量标准》中一级空气质量标准的pm2.5质量浓度限值35μg/m³为判定基准，结合步骤2得到的秸秆焚烧对pm2.5的贡献比例，按以下规则确定秸秆焚烧指数（sfi）：

9、当目标点位pm2.5质量浓度≤35μg/m³时，sfi为1级，判定为“适宜燃烧”；

10、当目标点位pm2.5质量浓度＞35μg/m³，且秸秆燃烧排放下降15%-25%即可使该点位pm2.5质量浓度≤35μg/m³时，sfi为2级，判定为“可适度燃烧”；

11、当目标点位pm2.5质量浓度＞35μg/m³，且秸秆燃烧排放下降25%-55%即可使该点位pm2.5质量浓度≤35μg/m³时，sfi为3级，判定为“需控制燃烧”；

12、当目标点位pm2.5质量浓度＞35μg/m³，且秸秆燃烧排放下降55%-100%即可使该点位pm2.5质量浓度≤35μg/m³时，sfi为4级，判定为“不适宜燃烧”；

13、当目标点位pm2.5质量浓度＞35μg/m³，且去除100%秸秆焚烧贡献后该点位pm2.5质量浓度仍＞35μg/m³时，sfi为5级，判定为“完全禁止燃烧”；

14、上风方向影响修正：针对步骤3中pm2.5质量浓度＞35μg/m³的超标区域，结合步骤1得到的风场数据确定该超标区域的上风方向区域，将上风方向区域的秸秆焚烧指数下调至2-3级，以减少秸秆焚烧污染物对超标区域的传输贡献；

15、预报结果输出：整合步骤3-4的判定与修正结果，生成目标区域内未来72-120小时、区县级别空间分辨率的秸秆焚烧指数时空分布预报图，为秸秆焚烧管控提供精准指导。

16、优选的，步骤1中所述的“大气气象场时空分布数据”具体包括目标区域内近地面温度、相对湿度、水平风场的风向、水平风场的风速、气压的小时级时空分布数据。

17、优选的，步骤1中所述的“排放源网格数据”包括目标区域内工业排放源、生活排放源、农业非焚烧排放源及秸秆焚烧潜在排放源对应的污染气体so2、nox、vocs等与气溶胶pm2.5、pm10等的网格化排放强度数据。

18、优选的，步骤5中所述的“区县级别空间分辨率”具体为：以目标区域内的行政区县为基本空间单元，输出每个区县在未来72-168小时内每小时的秸秆焚烧指数；所述“小时级别时段”具体为：预报结果的时间间隔为1小时。

19、优选的，还包括“模式验证与数据同化步骤”：在rams-cmaq模式正式运行前，收集目标区域内多个国控空气质量监测站点的pm2.5小时观测数据，有效数据站点比例不低于90%，将模式模拟的pm2.5质量浓度与观测数据进行对比，通过计算“模拟值与观测值的月平均值偏差”及“相关系数”验证模式合理性——当相关系数不低于0.5-0.7时，确认模式可用于后续预报；并采用数据同化技术将观测数据反馈至模式中，以修正初始场和边界条件，提升预报准确性。

20、优选的，步骤4中“将上风方向区域的秸秆焚烧指数下调至2-3级”的具体规则为：若上风方向区域的初始判定指数为1级，则调整为2级；若初始判定指数为2-3级，则维持原级；若初始判定指数为4-5级，则下调至3级。

21、优选的，步骤2中“污染物浓度溯源模拟”的具体实现方式为：通过rams-cmaq模式的“源解析模块”或“敏感性分析工具”，分别计算“包含所有排放源”与“剔除秸秆焚烧源”两种情景下的pm2.5质量浓度，两者之差与“包含所有排放源”情景下pm2.5质量浓度的比值，即为秸秆焚烧对pm2.5的贡献比例。

22、优选的，所述步骤1中的数值预报采用三重嵌套网格技术，最内层网格分辨率不低于3km×3km，用于精准模拟区域内的气象和污染过程。

23、优选的，所述预报结果输出步骤还包括：生成可视化图形产品，包括秸秆焚烧指数空间分布图、时间变化曲线以及等级占比统计饼图，并通过webgis平台或移动应用向管理部门和公众发布。

24、优选的，还包括“实时滚动预报与更新步骤”：每6-12小时利用最新的gfs气象数据驱动rams-cmaq模式，进行一次未来72-168小时的滚动预报，并依据最新监测数据对预报结果进行动态修正，形成业务化运行闭环。

25、（三）有益效果

26、与现有技术相比，本发明提供了一种秸秆焚烧分级预报监测方法，具备以下有益效果：

27、1、该秸秆焚烧分级预报监测方法，前瞻性与精准性：利用数值模式进行未来168小时的前瞻性预报，并通过源解析技术精准量化秸秆焚烧的贡献，改变了传统事后监管的被动局面。

28、2、该秸秆焚烧分级预报监测方法，科学分级与管理：创新性地提出了基于环境容量和减排潜力的五级焚烧指数（sfi）体系，实现了从“一刀切”到“分级管、精准管”的转变，管理措施更加科学、人性化。

29、3、该秸秆焚烧分级预报监测方法，区域协同管控：引入了“上风方向影响修正”机制，将下风向地区的空气质量与上风向地区的管控等级动态关联，实现了跨区域的协同治理，提升了整体管控效能。

30、4、该秸秆焚烧分级预报监测方法，业务化与可视化：整个方法流程可形成自动化业务运行系统，输出结果直观易懂，并通过信息化平台发布，极大提升了决策支持和公众服务的效率与能力。