한국환경과학회 2003년도 International Symposium on Clean Environment
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pp.79-84
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2003
The main objective of this study was to investigate the chemical characteristics of post-harvest biomass burning aerosols from field burning of barley straw in late spring and rice straw in late fall in rural area in Korea. 12-hr integrated intensive sampling of $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ biomass burning aerosols had been conducted continuously at Gwangju, Korea 4-15 June 2001 and 8 October-14 November 2002. The fine and coarse particles of biomass burning aerosols were collected for mass, ionic, elemental, and carbonaceous species analysis. Average fine and coarse mass concentrations of biomass burning aerosols were measured to be 129.6, 24.2 ${{\mu}gm}^{-3}$ in June 2001 and 47.1, 33.2 ${{\mu}gm}^{-3}$ in October to November 2002, respectively. Exceptionally high level of $PM_{2.5}$ concentration up to 157.8 ${{\mu}gm}^{-3}$ well above 24-hour standard was observed during the biomass burning event days under stagnant atmosphere condition. During biomass burning periods dominant ionic species were $Cl^{-}$, ${NO_3}^{-}$, ${SO_4}^{2-}$, and ${NH_4}^{+}$ in fine and coarse mode. In the fine mode $Cl^{-}$ and ${KCl}^{+}$ were unusually rich due to the high content of the semiarid vegetation. High OC values and OC/EC ratios were also measured during the biomass burning periods. Increased amount of fine aerosols with high enrichment, which were originated from biomass burning of post-harvest agricultural waste, resulted in extremely severe particulate air pollution and visibility degradation in the region. Particulate matters from open field burning of agricultural wastes cause great adverse impact on local air quality and regional climate.
A number of field studies have provided evidence that biomass burning is one of the major global sources of atmospheric particles. In this study, we have collected $PM_{2.5}$ emitted from biomass burning combusted at open burning and laboratory chamber situations. The open burning experiment was conducted with the cooperation of 9 farmers in Chiba Prefecture, Japan, while the chamber experiment was designed to evaluate the characteristics of chemical components among 14 different plant species. The analyzed categories were $PM_{2.5}$ mass concentration, organic carbon (OC), elemental carbon (EC), ionic components ($Na^+$, ${NH_4}^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $K^+$, $Cl^-$, ${NO_3}^-$ and ${SO_4}^{2-}$), water-soluble organic carbon (WSOC), water-insoluble inorganic carbon (WIOC), char-EC and soot-EC. OC was the dominant chemical component, accounting for the major fraction of primary $PM_{2.5}$ derived from biomass burning, followed by EC. Ionic components contributed a small portion of $PM_{2.5}$, as well as that of $K^+$. In some cases, $K^+$ is used as biomass burning tracer; however, the observations obtained in this study suggest that $K^+$ may not always be suitable as a tracer for biomass burning emissions. Also, the results of all the samples tested indicate relatively low values of char-EC compared to soot-EC. From our results, careful consideration should be given to the usage of $K^+$ and char-EC as indicators of biomass burning. The calculated ratios of WSOC/OC and WIOC/OC were 55.7% and 44.3% on average for all samples, which showed no large difference between them. The organic materials to OC ratio, which is often used for chemical mass closure model, was roughly estimated by two independent methods, resulting in a factor of 1.7 for biomass burning emissions.
This study was performed to develop the source profiles for fine particles ($PM_{2.5}$) emitted from the biomass burning. The multi-method research strategy included a usage of combustion devices such as field burning, fireplace, and residential wood burning to burn rice straw, fallen leaves, pine tree, and oak tree. The data were collected from multiple sources and measured water-soluble ions, elements, elemental carbon (EC), and organic carbon (OC). From this study, it turned out that OC (34~67%) and EC (1.2~39%) are the major components emitted from biomass burning. In the case of burning rice straw at field burning, OC (66.6%) was the most abundant species, followed by EC (4.3%), $Cl^-$ (3.6%), Cl (2.1%), and $SO^{2-}_4$(1.9%). Burning rice straw, fallen leaves, pine tree, and oak tree at fireplace, the amount of OC was 58.5%, 52.7%, 52.5%, and 61.2%, and that of EC was 1.2%, 18.4%, 36.5%, and 2.7%, respectively. The ratio of OC for the burning of pine tree and oak tree from the residential wood burning device was 56.9% and 34.3%, and that of EC was 25% and 38.6%, respectively. Applying the measured data with respect to the proportion of components emitted from biomass burning to reference model, it turned out that self-diagnosed result was appropriate level, and the result based on the model is in highly corresponding to actual timing of biomass burning.
본 연구에서는 중국 북동지역에서 발생하는 산불에 의한 생체연소 배출물이 장거리 수송으로 한국의 미세먼지 질량농도에 미치는 영향을 WRF-Chem 모델을 활용하여 분석하였다. 2020년 4월 4-7일에 한국은 중국 북동지역의 생체연소 배출물과 더불어 중국 동부지역의 인위적 배출과 중국 북부와 몽골에서 발생한 황사의 영향을 함께 받고 있었다. 인위적 배출과 황사가 혼재된 대기오염 상황에서 zero-out 방법을 활용하여 생체연소 배출물을 분류하고 미세먼지 장거리 수송 기여도를 분석하였다. 또한, 광역적인 생체연소 배출물의 분포에 따라 한반도 주변의 육지와 해양에 대한 복사 에너지 수지를 분석하였다. 2020년 4월 5-6일에는 한국의 하루평균 미세먼지 질량농도에 대한 생체연소 배출물의 장거리 수송 기여도가 60%로 산출되었다. 더불어 한반도 주변에 광역적으로 분포하는 생체연소 배출물의 영향으로 육지와 해양의 순 복사 플럭스는 음의 값을 나타내었다. 그러나 2020년 4월 7-8일에는 중국 동부지역에서 발생한 인위적 오염물질이 생체연소 배출물에 더해지면서 한국의 미세먼지 질량농도는 4월 5-6일보다 증가하였으나 생체연소 배출물의 기여도는 45% 이하로 감소하였다. 또한, 생체연소 배출물의 영향이 줄어들면서 순 복사 플럭스는 양의 값을 나타내었다.
Biomass burning is known to be one of the main sectors emitting greenhouse gases as well as air pollutants. Unfortunately, the inventory of biomass burning sector has not been established well. We estimated greenhouse gas (GHG) and air pollution (AP) integrated emissions from biomass burning sector in Seoul during year 2010. The data of GHG and AP emissions from biomass burning, classified into open burning, residential fireplace and wood stove, meat cooking, fires, and cremation, were obtained from Statistics Korea and Seoul City. Estimation methodologies and emission factors were gathered from reports and published literatures. Estimated GHG and AP integrated emissions during year 2010 were $3,867tonCO_{2eq}$, and 2,320 tonAP, respectively. Major sources of GHG were forest fires ($1,533tonCO_{2eq}$) and waste open burning ($1,466tonCO_{2eq}$), while those of AP were meat cooking (1,240 tonAP) and fire incidence (907 tonAP). Total emissions by administrative district in Seoul, representing similar patterns in both GHG and AP, indicated that Seocho-gu and Gangseo-gu were the largest emitters whereas Jung-gu was the smallest emitter, ranged in $2{\sim}165tonCO_{2eq}$ and 0.1~8.31 tonAP. GHG emissions per $km^2$ showed different results from total emissions in that Gwanak-gu, Jungnang-gu, Gangdong-gu and Seodaemun-gu were the largest emitters, while Seocho-gu and Gangseo-gu were near-averaged emission districts, ranged in $0.2{\sim}21tonCO_{2eq}/km^2$. However, AP emissions per $km^2$ revealed relatively minor differences among districts, ranged in $2.3{\sim}6.1tonAP/km^2$.
Choi, Ki-Chul;Woo, Jung-Hun;Kim, Hyeon Kook;Choi, Jieun;Eum, Jeong-Hee;Baek, Bok H.
Asian Journal of Atmospheric Environment
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제7권1호
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pp.25-37
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2013
Open biomass burning (excluding biofuels) is an important contributor to air pollution in the Asian region. Estimation of emissions from fires, however, has been problematic, primarily because of uncertainty in the size and location of sources and in their temporal and spatial variability. Hence, more comprehensive tools to estimate wildfire emissions and that can characterize their temporal and spatial variability are needed. Furthermore, an emission processing system that can generate speciated, gridded, and temporally allocated emissions is needed to support air-quality modeling studies over Asia. For these reasons, a biomass-burning emissions modeling system based on satellite imagery was developed to better account for the spatial and temporal distributions of emissions. The BlueSky Framework, which was developed by the USDA Forest Service and US EPA, was used to develop the Asian biomass-burning emissions modeling system. The sub-models used for this study were the Fuel Characteristic Classification System (FCCS), CONSUME, and the Emissions Production Model (EPM). Our domain covers not only Asia but also Siberia and part of central Asia to assess the large boreal fires in the region. The MODIS fire products and vegetation map were used in this study. Using the developed modeling system, biomass-burning emissions were estimated during April and July 2008, and the results were compared with previous studies. Our results show good to fair agreement with those of GFEDv3 for most regions, ranging from 9.7 % in East Asia to 52% in Siberia. The SMOKE modeling system was combined with this system to generate three-dimensional model-ready emissions employing the fire-plume rise algorithm. This study suggests a practicable and maintainable methodology for supporting Asian air-quality modeling studies and to help understand the impact of air-pollutant emissions on Asian air quality.
본 연구는 현재 NASA에서 제공되는 operational OMI HCHO 관측 값에서 에러를 발견하여, 월평균 HCHO 자료의 시계열에 4 차 다항식을 피팅함으로써 구한 배경 모수화(parameterization)값을 이용하여 OMI HCHO 자료의 보정을 수행하였다. 보정후의 OMI HCHO는 동태평양과 서태평양 지역에서 -1.48%, 0.65%/year 경향성을 보였으며 이 수치는 GOME(-0.99%, 1.1%/year)과 SCAIMACHY(-0.92%, 0.03%/year)의 경향성과 유사한 결과이며 적절하게 비정상적인 배경 HCHO 농도의 증가가 제거되었음을 나타낸다. 이 자료의 검증과 분석은 EOF와 SVD 통계적 분석 방법을 사용하여 아프리카 지역에서 다양한 위성 관측 값과의 (HCHO, CO, $NO_2$ 그리고 firecount) 시공간 변동성의 일치성을 비교 분석함으로써 수행되었다. 아프리카에서 MOPITT CO, OMI $NO_2$, SCIAMAHCY 그리고 OMI HCHO의 EOF와 SVD 분석 결과는 생태계화재(biomass burning)의 시공간 변동성 분포와 매우 높은 일치성을 보여준다. 그러나 OMI HCHO 관측 값은 화재가 가장 강하게 발생하는 지역의 풍하측에서 최대 값이 보이며, 화재 발생이 가장 높은 1월에 다소 낮은 HCHO 값이 보이는 등 시공간적으로 생태계 화제 분포와 차이를 보인다. 이것의 원인으로 우리는 이 지역의 열대우림의 식물활동(biogenic activity)영향으로는 설명할 수 없고, biomass burning 에어로졸에 의한 잘못된 AMF 계산이 OMI HCHO 산출에 사용됨으로써 발생한 오차라는 것을 밝혔다. AMF와 관련된 오차가 적절하게 보정된다면, 아프리카 지역의 HCHO 시공간 변동성은 생태계 화제의 변동성을 따를 것이라 예상된다. 따라서 본 연구는 통계적 기법이 위성 자료를 평가하는데 매우 효율적인 방법임을 제안한다.
The purpose of this study is to evaluate the strength of the near-UV wavelength of 380 nm relative to visible and near-IR bands, and to find the suitable wavelength for detecting aerosols by using the Global Imager (GLI) sensor aboard the Advanced Earth Observing Satellite-II (ADEOS-II). Sensitivity analysis is performed for the retrieval of biomass burning aerosols by employing the radiative transfer model Rstar5b. It is determined that background surface reflectance in the blue band is similar to that in the near-UV band, and that wavelengths in the blue bands are more sensitive to the Aerosol Optical Thickness (AOT) than wavelengths in the near-UV band. The Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) Aerosol Index (AI) is used in the indirect method used for aerosol retrieval, and the wavelength pair 380 nm and 460 nm is determined to be the most sensitive to the AOT. The results of this study suggest that wavelengths in the blue bands are suitable for detecting biomass burning aerosols over the Korean peninsula.
The $PM_{2.5}$ samples were collected for every 6th day during one year at a suburban site in the Namwonsi, Jeollanamdo, Republic of Korea. Samples were analyzed for elemental carbon (EC), organic carbon (OC), and water-soluble organic carbon (WSOC), and levoglucosan. Although the water-soluble fraction of fine particulate OC consistently showed over a year, levoglucosan fraction of WSOC varied considerably from month to month. In this study, non-biomass-burning WSOC ($WSOC_{NBB}$) and biomass-burning $WSOC_{BB}$ were calculated with measurements of organic source tracer, levoglucosan, to better understand the temporal distribution and sources of WSOC. Two methods of predicting the secondary organic carbon from the biomass-burning $WSOC_{BB}$ Method and the EC-tracer Method were compared. Poor correlations between SOC estimated between two methods suggested that the use of the EC tracer method to estimate SOC may be significantly flawed. Direct measurements of levoglucosan and WSOC can provide a reasonable estimate of secondary organic carbon concentrations.
It is very important to investigate air pollutants emissions emitted from open burning in order to control nonpoint sources effectively. In this study, we utilized incineration simulator proposed by U.S EPA and investigated emissions of CO, OC/EC, from household waste and biomass burning to estimate pollutant emissions by illegal incineration of biomass wastes. Emission factor of OC was estimated as 17.1 g/kg for rice strew, 23.5 g/kg for barley, 10.3 g/kg for corn stover, 4.3 g/kg for unseasoned wood, respectively. In case of EC, it was calculated as 1.6 g/kg for rice strew, 4.3 g/kg for barley, 1.4 g/kg for corn stover, 0.6 g/kg for unseasoned wood, respectively. Most of the pollutants emissions were emitted at the stage 1 and 2. In the stage 3, the pollutants concentration decreased gradually. To estimate emissions and build inventory for biomass burning, we need to know accurate activity data. We, therefore, used activity data of both survey results of previous study and statistical data of National Statistical Office. However, we need to perform additional experiments in the future to obtain more accurate activity data for various cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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