近日，中国科大地球和空间科学学院和火灾科学国家重点实验室双聘教授李锐课题组在卫星遥感火灾排放NOx定量研究方面取得重要进展，研究成果以“Investigatingthe impacts of satellite fire observation accuracy on the top-down nitrogenoxides emission estimation in northeastern Asia”为题，发表在环境科学著名学术期刊《EnvironmentInternational》上。Environ. Int.是环境科学领域的老牌期刊，刊发研究领域高质量的前沿成果，年发文量在800篇左右，2022年影响因子IF=13.35，最新的CiteScore=19.3。本文的第一作者为我校地空学院大气科学专业符玉云博士后，李锐教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目和国际合作项目，以及国家自然科学基金-青年科学基金等项目的资助。
生物质燃烧排放贡献了全球约10-25%的NOx，是地球大气主要的自然氮源之一，对陆地生态系统氮循环、地球气候和人体健康等产生重要影响。在气候持续变暖的大背景下，全球火灾更加频繁和猛烈，火灾排放对大气、气候系统和人类社会的影响显著。近十余年，借助卫星遥感技术，学者发展出基于火灾排放系数EC（单位火辐射能量所释放的污染物质量）和火辐射功率FRP的新型排放计量模型。而卫星遥感火观测精度是该模型主要的不确定性源之一；对此，国内外尚缺乏系统性的研究。
本文结合多源卫星观测数据，定量研究了著名的卫星传感器MODIS和VIIRS在东北亚地区的火观测精度差异对NOx火灾排放估算的影响。结果发现，对于农田、草地等低生物量植被火而言，MODIS相比VIIRS具有严重的漏测和低估，导致MODIS反演的NOx EC比VIIRS低31%，而在森林和其他植被类型中，MODIS和VIIRS的火观测差异相对较小，反演的NOx EC更趋于一致（图1）。此外，低生物量植被火的NOx EC明显高于森林火灾，不同植被类型燃烧状态（明火/阴燃）和N含量的潜在差异可能是主要原因。
图1 火灾排放NOx质量速率MER与同步释放火辐射功率FRP之间的关系，NOx EC由回归系数给出。
该研究进一步定义了日尺度SEI指数（见原文），用于指示MODIS和VIIRS传感器EC和FRP反演差异对NOx火灾排放估算的综合影响。如图2所示，SEI通常为负值，且具有明显的季节循环特征，表明与VIIRS相比，基于MODIS反演的NOx EC和FRP将造成NOx火灾排放的低估，且此类低估与不同季节低生物量植被和森林火灾的比例相关。
图2 （a）SEI和不同植被类型FRP百分比季节循环，（b-e）不同季节SEI PDF分布（基于2012-2019年数据）。
最后，该研究将MODIS和VIIRS反演的EC和FRP直接用于NOx火灾排放的估算，比较了其与传统火灾排放清单GFED和FINN（基于排放因子、燃烧面积等参数）的时空异同特征（图3）。相关研究率先量化了卫星传感器火观测精度对反演火灾排放系数和估算火灾排放的不确定性，明确了卫星火探测精度在定量遥感火灾排放中的重要影响。
图3东北亚EC估算的NOx火灾排放（2012-2019）与GFED和FINN的比较分析：（a-d）空间相关系数R，（e-h）最小二乘拟合斜率。
近年，符玉云博士和李锐教授针对卫星遥感火灾排放和微波遥感林火应用等进行了系列探索，多篇成果发表在Environment International、ISPRS Journal of Photogrammetry and RemoteSensing、Journal ofGeophysical Research: Atmospheres等专业领域著名期刊上，为开发新型的森林火灾风险预警方法和发展更加准确的火灾排放计量模型提供了基础，相关研究具有重要的科学意义和实际应用价值。