(1)焚烧火点的监测：目前对于秸秆露天焚烧的监测主要是基于卫星遥感数据，1981年，Jeff Dozier提出了卫星资料在亚像元精度上识别地面温度的算法，1986年，Flannigan和Harr就提出了用AVHRR监测森林火灾的算法，并指出了其在监测偏远地区森林火灾的价值。Stephen H．Boles等比较了几种基于AVHRR资料的火点探测算法，并指出地面覆盖的多样性对导致探测精度的影响。杨丽萍等指出MODIS数据除可进行简单秸秆焚烧监测外，还可以提供诸如火头分布、烟云走向、火势强度和发展方向等信息。目前精度比较高的自动探测算法为“背景对比火点探测算法”(the Contextual Fire Detection Algorithm)，河南、陕西等省级气象部门专门开展了秸秆焚烧监测业务，为管理部门治理秸秆焚烧活动提供支持。王子峰等依据实际观测情况对“背景对比火点探测算法”中的关键参数和阈值进行了适当调整，使其更好的适合中国地区火点。方萌等提出了用GIS辅助判别火点类型和用GPS技术对火点进行精确定位的方法，使火点位置误差小于10m。戎志国等通过人工火情测量试验，发现虽然现有遥感卫星红外通道星下分辨率只有1km，EOS-MODIS及FY-1D等气象卫星的中波红外通道均可探测到小至200m2甚至100m2的完全燃烧的火场。刘诚、冯蜀青等分析了基于火点像元辐射率的亚像元火点面积和亮温的估算方法，并进行了实例比较，指出该方法可以较准确地估算火点面积大小和温度的高低，是可行的。
(2)焚烧污染物排放因子的研究：在理想状态下，生物质的燃烧主要产生水蒸气和C02，但在多数情况下特别是焖火过程中，由于不完全燃烧，导致烟尘中含有CO，NOx、CH4，非甲烷烃、氨和VOC等污染物。早在19世纪80年代，Seiler和Crutzen就指出了人为生物质燃烧在改变大气化学成分方面的重要作用。目前常用的生物质燃烧颗粒物排放因子的测定方法有两类：-是通过模拟燃烧实验测定燃烧消耗量和颗粒物排放量获得排放因子，此方法的缺点在于实验室不能完全模拟野外的焚烧条件；二是通过同步测定燃烧现场烟羽中颗粒物和C02的浓度来推算排放因子，此方法的缺点在于秸秆C02排放因子也受诸多因素的影响。1995年，R．Delmas和J.PLacaux总结了从1979年到1995年，一些科学家做的包括美洲、非洲、澳大利亚等地区在内的自然的和人为的生物质燃烧的研究，概括了各种燃烧类型下，各污染物的排放因子和排放比例，对后续研究起到了一定的指导作用。Christopher F．Saamak等研究了上风向和下风向点火状态下的燃烧效率，并指出了点火位置对排放因子的影响。国内这方面开展的研究起步较晚，研究也较少，祝斌等利用实验室模拟明火和焖火燃烧状态下不同地区玉米、小麦和水稻秸秆的PM2.5排放因子，指出排放因子受秸秆燃烧状态影响显著，而随地区的变化比较小。张鹤丰在实验室测定了水稻、玉米和小麦秸秆气态污染物(CO，C02，NOx、多环芳烃)的排放因子、排放比和燃烧效率，并测定了燃烧排放颗粒物的粒径分布特征和粒径成长特征。各种生物质燃烧PM2,5排放因子汇总见表1.1。
(3)焚烧量的估算及其污染物排放量的估算：由于秸秆焚烧活动时间短，除卫星监测外，无其他有效监测手段，而卫星监测受到诸多因素的影响，不能监测到所有焚烧火点，因此，秸秆焚烧的总量无法精确计算，只能通过各种方式估算。Jassim Al-Saadi等比较了四种基于卫星监测的实时秸秆焚烧污染物排放量的估算方法，指出目前主要的估算方法都只能估算正在燃烧的火点的排放情况。V Krishna Prasad等估算了印度东北地区生物质燃烧痕量气体的排放量，并重点强调了遥感和GIS技术在估算方法中的应用价值。Joel S．Levine估算了1997年印度尼西亚干旱引起的森林火灾排放的C02，CO，CH4，NOx和颗粒物的量，估算结果超过1991年海湾战争伊拉克点燃的科威特油田燃烧的排放量。H2O等曾在1994年估算东亚地区小麦秸秆有17%被焚烧，这一数据被Streets D.G等引用。王书肖等通过问卷调查和模型计算，确定了我国秸秆露天焚烧的比例为18.59%，并以此为基础估算了我国秸秆露天焚烧大气污染物排放清单及其时空分布。曹国良等根据各省、市、自治区粮食和经济作物的产量，结合谷草比，得到全国各省份的农业秸秆总产量，再通过文献调查等方法，得出我国农业秸秆露天焚烧的比例约23.3%左右。曹国良等还分别估算了我国生物质燃烧和秸秆露天焚烧排放的S02、NOx、NH3、CH4、EC、OC、VOC、CO、C02等污染物的排放量，其中秸秆露天焚烧的估算因子还有TSP和PMio，并进一步细化到了县、区及行政区，分析了污染物排放的空间分布。
农作物秸秆可以经过秸秆压块机、秸秆颗粒机压制成块状的和圆柱状的生物质颗粒燃料增加其利用价值。
(4)焚烧的环境影响：燃烧所排的污染物包括气溶胶和各种气态污染物。气溶胶一方面影响城市环境，一方面可以通过散射及反射太阳辐射改变地球能量平衡，从而影响全球气候。气体污染物中，C02和CH4是温室气体，NOx和S02等有利于酸雨的形成，氮氧化物是生成光化学烟雾的重要一环。R．Koppmann等指出生物质燃烧排放的CO，CH4和VOC通过与OH自由基的反应，对对流层的氧化性影响很大，而排放的VOC和氮氧化合物会导致臭氧和其他光化学氧化物的形成。厉青等利用卫星遥感监测的全国秸秆焚烧状况，结合气象资料分析其对环境空气质量的影响，发现700、800km范围内火点数变化趋势与空气污染指数有较好的一致性。李金香等于2006年6月20日通过颗粒物采样监测了西南风下北京南部农田麦秸焚烧产生的污染物向北京传输的过程，发现气象条件对污染物浓度变化起主导作用，而麦秸焚烧产生的外来污染源属于次要地位。伍德侠等通过对秸秆焚烧期间合肥市黑炭气溶胶的连续实时监测分析，发现在秸秆焚烧期间，合肥市黑炭气溶胶质量浓度增加了约73%。谢明捷等通过分析2007年夏秋季节灰霾天气和非灰霾天气不同粒径颗粒物的样品，发现秸秆焚烧释放出大量低分子量多环芳烃(PAHS)。郑晓燕等利用大气颗粒物样品中有机炭(OC)与水溶性钾(K+)的质量浓度变化，识别了春耕（清明）、麦收、秋收和秋季落叶等4个生物质燃烧过程，在生物质燃烧典型样品中，其贡献高达三至六成。陶金花等通过秸秆焚烧遥感监测结果和OMI数据计算出华北地区同时期对流层N02垂直柱浓度总量变化的分析，发现2008年华北地区秸秆禁烧措施对对流层N02柱浓度的降低起到一定的作用。相关研究还发现，生物质燃烧对对流层臭氧的增加有一定的贡献。
为全面评价秸秆焚烧的环境影响，秸秆焚烧排放的污染物传输是一个重要方面，而国内这方面的研究还鲜见报道，而国外关于生物质燃烧所排污染物的传输做了很多研究。H．Evangelista等通过全球传输模式GISS(Goddard Institute for Space Studies)和后向轨迹模式HYSPLIT研究发现，南极洲半岛靠近西南大西洋地区的黑炭气溶胶有一半来自于南美洲生物质燃烧。Saulor R．Freitas等通过RAMS模式模拟和卫星监测，发现南美洲和非洲生物质燃烧污染物可以跨过大西洋在两大洲之间传输，最高传输高度可达10000m以上。M.O, Andreae等通过观测发现，南美苏里南地区10km以上对流层中增加的CO、C02、乙腈、氯甲烷、烃类、NO和03有80%～95%来自于地面生物质燃烧。秦世广等通过ATSR卫星火点资料，采用前向气流轨迹模式及滞留时间分析方法，研究了欧亚大陆生物质燃烧的传输特征，并分析了其对中国的影响。B．Ainslie和P.L. Jackson用CALPUFF模式模拟了加拿大英属哥伦比亚省乔治王子城附近的野外废弃木料燃烧的环境影响，并提出了不同气象条件下可以允许的距离城市的燃烧范围。Yu-Jin Choi和H.J.S. Fernando用CALPUFF模式模拟科罗拉多州作物秸秆焚烧烟团在美国和墨西哥边境的传输，指出由于模式无法模拟二次粒子的形成，导致模拟结果偏低。Rahul Jain等介绍了基于CALPUFF和中尺度数值模式MM5的用于模拟农业秸秆燃烧污染物扩散的ClearSky系统，并指出气象场预报结果和火点监测效率对模拟结果的影响很大。
本文基于河南省夏收季节秸秆焚烧活动的卫星遥感监测结果，结合精确到县一级的小麦平均单产资料和谷草比，估算出各火点焚烧的秸秆量，再乘以一定的排放因子，得到单个火点污染物( PM2.5)排放量。采用中尺度数值模式MM5预报结果作为背景气象场，用CALMET诊断模式进行分析并同化河南省部分地面气象观测站观测资料得到进一步精细化的气象场，用CALPUFF扩散模式对各火点所排污染物的扩散进行数值模拟。最后对模拟结果进行检验和分析。
