(1)焚燒火點的監測：目前對于秸稈露天焚燒的監測主要是基于衛星遙感數據，1981年，Jeff Dozier提出了衛星資料在亞像元精度上識別地面溫度的算法，1986年，Flannigan和Harr就提出了用AVHRR監測森林火災的算法，并指出了其在監測偏遠地區森林火災的價值。Stephen H．Boles等比較了幾種基于AVHRR資料的火點探測算法，并指出地面覆蓋的多樣性對導致探測精度的影響。楊麗萍等指出MODIS數據除可進行簡單秸稈焚燒監測外，還可以提供諸如火頭分布、煙云走向、火勢強度和發展方向等信息。目前精度比較高的自動探測算法為“背景對比火點探測算法”(the Contextual Fire Detection Algorithm)，河南、陜西等省級氣象部門專門開展了秸稈焚燒監測業務，為管理部門治理秸稈焚燒活動提供支持。王子峰等依據實際觀測情況對“背景對比火點探測算法”中的關鍵參數和閾值進行了適當調整，使其更好的適合中國地區火點。方萌等提出了用GIS輔助判別火點類型和用GPS技術對火點進行精確定位的方法，使火點位置誤差小于10m。戎志國等通過人工火情測量試驗，發現雖然現有遙感衛星紅外通道星下分辨率只有1km，EOS-MODIS及FY-1D等氣象衛星的中波紅外通道均可探測到小至200m2甚至100m2的完全燃燒的火場。劉誠、馮蜀青等分析了基于火點像元輻射率的亞像元火點面積和亮溫的估算方法，并進行了實例比較，指出該方法可以較準確地估算火點面積大小和溫度的高低，是可行的。
(2)焚燒污染物排放因子的研究：在理想狀態下，生物質的燃燒主要產生水蒸氣和C02，但在多數情況下特別是燜火過程中，由于不完全燃燒，導致煙塵中含有CO，NOx、CH4，非甲烷烴、氨和VOC等污染物。早在19世紀80年代，Seiler和Crutzen就指出了人為生物質燃燒在改變大氣化學成分方面的重要作用。目前常用的生物質燃燒顆粒物排放因子的測定方法有兩類：-是通過模擬燃燒實驗測定燃燒消耗量和顆粒物排放量獲得排放因子，此方法的缺點在于實驗室不能完全模擬野外的焚燒條件；二是通過同步測定燃燒現場煙羽中顆粒物和C02的濃度來推算排放因子，此方法的缺點在于秸稈C02排放因子也受諸多因素的影響。1995年，R．Delmas和J.PLacaux總結了從1979年到1995年，一些科學家做的包括美洲、非洲、澳大利亞等地區在內的自然的和人為的生物質燃燒的研究，概括了各種燃燒類型下，各污染物的排放因子和排放比例，對后續研究起到了一定的指導作用。Christopher F．Saamak等研究了上風向和下風向點火狀態下的燃燒效率，并指出了點火位置對排放因子的影響。國內這方面開展的研究起步較晚，研究也較少，祝斌等利用實驗室模擬明火和燜火燃燒狀態下不同地區玉米、小麥和水稻秸稈的PM2.5排放因子，指出排放因子受秸稈燃燒狀態影響顯著，而隨地區的變化比較小。張鶴豐在實驗室測定了水稻、玉米和小麥秸稈氣態污染物(CO，C02，NOx、多環芳烴)的排放因子、排放比和燃燒效率，并測定了燃燒排放顆粒物的粒徑分布特征和粒徑成長特征。各種生物質燃燒PM2,5排放因子匯總見表1.1。
(3)焚燒量的估算及其污染物排放量的估算：由于秸稈焚燒活動時間短，除衛星監測外，無其他有效監測手段，而衛星監測受到諸多因素的影響，不能監測到所有焚燒火點，因此，秸稈焚燒的總量無法精確計算，只能通過各種方式估算。Jassim Al-Saadi等比較了四種基于衛星監測的實時秸稈焚燒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燒的火點的排放情況。V Krishna Prasad等估算了印度東北地區生物質燃燒痕量氣體的排放量，并重點強調了遙感和GIS技術在估算方法中的應用價值。Joel S．Levine估算了1997年印度尼西亞干旱引起的森林火災排放的C02，CO，CH4，NOx和顆粒物的量，估算結果超過1991年海灣戰爭伊拉克點燃的科威特油田燃燒的排放量。H2O等曾在1994年估算東亞地區小麥秸稈有17%被焚燒，這一數據被Streets D.G等引用。王書肖等通過問卷調查和模型計算，確定了我國秸稈露天焚燒的比例為18.59%，并以此為基礎估算了我國秸稈露天焚燒大氣污染物排放清單及其時空分布。曹國良等根據各省、市、自治區糧食和經濟作物的產量，結合谷草比，得到全國各省份的農業秸稈總產量，再通過文獻調查等方法，得出我國農業秸稈露天焚燒的比例約23.3%左右。曹國良等還分別估算了我國生物質燃燒和秸稈露天焚燒排放的S02、NOx、NH3、CH4、EC、OC、VOC、CO、C02等污染物的排放量，其中秸稈露天焚燒的估算因子還有TSP和PMio，并進一步細化到了縣、區及行政區，分析了污染物排放的空間分布。
農作物秸稈可以經過秸稈壓塊機、秸稈顆粒機壓制成塊狀的和圓柱狀的生物質顆粒燃料增加其利用價值。
(4)焚燒的環境影響：燃燒所排的污染物包括氣溶膠和各種氣態污染物。氣溶膠一方面影響城市環境，一方面可以通過散射及反射太陽輻射改變地球能量平衡，從而影響全球氣候。氣體污染物中，C02和CH4是溫室氣體，NOx和S02等有利于酸雨的形成，氮氧化物是生成光化學煙霧的重要一環。R．Koppmann等指出生物質燃燒排放的CO，CH4和VOC通過與OH自由基的反應，對對流層的氧化性影響很大，而排放的VOC和氮氧化合物會導致臭氧和其他光化學氧化物的形成。厲青等利用衛星遙感監測的全國秸稈焚燒狀況，結合氣象資料分析其對環境空氣質量的影響，發現700、800km范圍內火點數變化趨勢與空氣污染指數有較好的一致性。李金香等于2006年6月20日通過顆粒物采樣監測了西南風下北京南部農田麥秸焚燒產生的污染物向北京傳輸的過程，發現氣象條件對污染物濃度變化起主導作用，而麥秸焚燒產生的外來污染源屬于次要地位。伍德俠等通過對秸稈焚燒期間合肥市黑炭氣溶膠的連續實時監測分析，發現在秸稈焚燒期間，合肥市黑炭氣溶膠質量濃度增加了約73%。謝明捷等通過分析2007年夏秋季節灰霾天氣和非灰霾天氣不同粒徑顆粒物的樣品，發現秸稈焚燒釋放出大量低分子量多環芳烴(PAHS)。鄭曉燕等利用大氣顆粒物樣品中有機炭(OC)與水溶性鉀(K+)的質量濃度變化，識別了春耕（清明）、麥收、秋收和秋季落葉等4個生物質燃燒過程，在生物質燃燒典型樣品中，其貢獻高達三至六成。陶金花等通過秸稈焚燒遙感監測結果和OMI數據計算出華北地區同時期對流層N02垂直柱濃度總量變化的分析，發現2008年華北地區秸稈禁燒措施對對流層N02柱濃度的降低起到一定的作用。相關研究還發現，生物質燃燒對對流層臭氧的增加有一定的貢獻。
為全面評價秸稈焚燒的環境影響，秸稈焚燒排放的污染物傳輸是一個重要方面，而國內這方面的研究還鮮見報道，而國外關于生物質燃燒所排污染物的傳輸做了很多研究。H．Evangelista等通過全球傳輸模式GISS(Goddard Institute for Space Studies)和后向軌跡模式HYSPLIT研究發現，南極洲半島靠近西南大西洋地區的黑炭氣溶膠有一半來自于南美洲生物質燃燒。Saulor R．Freitas等通過RAMS模式模擬和衛星監測，發現南美洲和非洲生物質燃燒污染物可以跨過大西洋在兩大洲之間傳輸，最高傳輸高度可達10000m以上。M.O, Andreae等通過觀測發現，南美蘇里南地區10km以上對流層中增加的CO、C02、乙腈、氯甲烷、烴類、NO和03有80%～95%來自于地面生物質燃燒。秦世廣等通過ATSR衛星火點資料，采用前向氣流軌跡模式及滯留時間分析方法，研究了歐亞大陸生物質燃燒的傳輸特征，并分析了其對中國的影響。B．Ainslie和P.L. Jackson用CALPUFF模式模擬了加拿大英屬哥倫比亞省喬治王子城附近的野外廢棄木料燃燒的環境影響，并提出了不同氣象條件下可以允許的距離城市的燃燒范圍。Yu-Jin Choi和H.J.S. Fernando用CALPUFF模式模擬科羅拉多州作物秸稈焚燒煙團在美國和墨西哥邊境的傳輸，指出由于模式無法模擬二次粒子的形成，導致模擬結果偏低。Rahul Jain等介紹了基于CALPUFF和中尺度數值模式MM5的用于模擬農業秸稈燃燒污染物擴散的ClearSky系統，并指出氣象場預報結果和火點監測效率對模擬結果的影響很大。
本文基于河南省夏收季節秸稈焚燒活動的衛星遙感監測結果，結合精確到縣一級的小麥平均單產資料和谷草比，估算出各火點焚燒的秸稈量，再乘以一定的排放因子，得到單個火點污染物( PM2.5)排放量。采用中尺度數值模式MM5預報結果作為背景氣象場，用CALMET診斷模式進行分析并同化河南省部分地面氣象觀測站觀測資料得到進一步精細化的氣象場，用CALPUFF擴散模式對各火點所排污染物的擴散進行數值模擬。最后對模擬結果進行檢驗和分析。
