中国大气和排放的时空分布特征探讨

中国大气和排放的时空分布特征探讨中国大气和排放的时空分布特征探讨随着中国国民经济的快速增长和人民生活水平的提高，中国向大气中排放的活性氮(生物可利用性氮)总量逐年增加，已经成为亚洲地区氮排放量最大的国家[1].研究表明，中国大陆地区大气的排放量从1950年的2.6Tg增加到2007年的16.0Tg[2-4]，大气的排放量从1980年的3.8Tg增加到2004年的18.6Tg[5-6]，预测2020年将达到32.4Tg[1]。大气中的和通过光化学反应生成氨氮和硝酸盐等气溶胶粒子，不仅会降低大气能见度，损害人体健康，还会增加大气氮沉降，引起土壤和淡水酸化以及营养盐循环的生态失衡，进而导致陆地和水体生态系统多样性减少，对生态系统功能造成不利影响[1,7-10].研究表明，1950-2007年间，中国大气排放呈逐年增加的趋势[2-4,11-12];1980-2005年间，除了1996-1998年间略有下降以外[13]，大气排放量也逐年增加[2,14]，而且自2000年以来呈迅速增加的趋势[6,15-17].由于考虑的污染源种类以及采用的各污染源的排放因子不同，学者们估算的同一年份中国的活性氮排放量有较大差别[1,3,5-6,11,13-14,17-21].这些研究为我国酸沉降控制提供了科学依据，但是缺乏从较长时间尺度上对和排放状况的对比分析.本研究估算了中国大陆地区各省份1995-2004年历年排放量和1985-2010年历年排放量，并分析了其排放强度的空间变化.1研究方法1.1排放量的计算方法释放到大气中是受到农业活动和自然排放共同作用的结果.大气中的主要来源有畜禽排放(49%～63%)、肥料施用(11%～12%)、海洋释放(14%～17%)、土壤释放(10%～13%)、生物燃烧(4%～7%)、人类粪便(5%～8%)、煤炭燃烧和汽车尾气排放(3%～4%)等[22-23].全国每年的排放量根据各省(市、自治区)每年的排放量加和得到，各省(市、自治区)的排放量等于各类源的排放量乘以排放因子后加和得到，计算公式如式(1)[2]：由于人类活动引起的排放源i主要有4种，即：畜禽排泄、氮肥施用、化肥和合成氨生产和人类粪便排放.1.1.1动物排量畜禽养殖数量的数据来自中国统计年鉴中的年末存栏数.本计算中采用的畜禽养殖排放因子见表1[2]，由每年的畜禽养殖数量乘以各类畜禽相应的排放因子即可得到每年各类畜禽的排放量.1.1.3氮肥施用中的排放量根据各省(市、自治区)每年的氮肥施用量与各种氮肥的百分比组成，即可算得各省(市、自治区)氮肥施用的排放量.我国氮肥生产量组成、施用量组成及其排放因子见表2[2].1.1.4农村人口粪便排量我国农村的卫生条件与处理条件差，故本计算中采用1.3kg/(人.a)，略高于欧洲的排量[2].统计了中国1985-2005年各部门各类燃料的消费量[25]，根据公式(2)乘以相应的排放因子(表3)，计算得到1985-2005年全国历年的排放量.2结果与讨论2.11995-2004年中国大陆地区的排放量从图1可见，10年来我国大陆的排放量变化波动较大，变化范围9.5～12.7Tg/a.从1995年的10.6Tg增加到了1996年的11.2Tg，1997年有较大幅度的下降，达到10年间的最低值9.5Tg，之后缓慢回升，自2000年以来趋于平稳，稳定在11.8Tg/a左右.从图1看出，相比较其他年份，1997-1999年间，大气的年排放量显著下降.这主要是由于受到1997年亚洲金融危机和1998-1999年洪涝等自然灾害等因素的影响.1997-1999年间我国的畜禽养殖数量显著减少，全国牛的数量分别比1996年减少了2297.1万头，1546.4万头，1283.3万头[25]，全国猪的数量分别减少了6839.3万头，3479.2万头，2715.6万头[25].畜禽养殖数量的急剧减少导致了这3年间中国大陆地区的排放量相对较低.图11995-2004年中国大陆地区每年的排放量Fig.1AnuualemissionofintheinlandofChinafrom1995to20042.2中国排放强度的空间分布从1995年、2000年和2004年我国大陆地区的排放强度分布(图2)可以看出：我国的氨排放强度空间差异很大，华北和长江中下游地区是氨排放强度较高的地区，其中，以上海、山东、河南和江苏的氨排放强度最高，都达到了50kg/以上，上海平均为109.8kg/;其次为河北、安徽和广东，氨排放强度位于35～50kg/之间.西北和东北北部地区氨排放强度最小，如西藏、新疆、内蒙古不足3kg/.中国的氨排放强度呈逐年增加的趋势，表现在1991年中国平均氨排放强度为9kg/[24]，1999年为11kg/，2004年则达到了12kg/.1995年、20