基于WRF-Chem与Sentinel-5P的尼泊尔野火对空气质量影响建模研究

本研究针对尼泊尔野火季（2020-2021年）空气污染问题，通过WRF-Chem模型模拟与Sentinel-5P卫星数据联合分析，量化了野火对NO2 （增幅120%）、PM2.5 （48%）等污染物的贡献率，揭示前季风期（3-4月）为污染高峰，为跨境污染治理提供数据支撑。

　　

尼泊尔作为喜马拉雅南麓的生态脆弱区，近年来因气候变化与人为活动导致野火频发，2020-2021年干旱季更是爆发2700起火灾，致使加德满都谷地PM_2.5
浓度飙升至270 μg/m^-3
。野火释放的NO_x
、黑碳（BC）等污染物不仅加速冰川消融，更通过喜马拉雅地形通道形成跨境污染，但现有研究对污染物传输机制缺乏量化分析。为此，研究团队采用气象化学耦合模型WRF-Chem（Weather Research and Forecasting with Chemistry）与欧洲航天局Sentinel-5P卫星数据，首次系统评估了尼泊尔野火对区域空气质量的动态影响。

研究团队通过整合NCAR火灾排放清单（FINN）与人为源数据，模拟2020年12月污染事件，发现野火导致NO₂
柱浓度达4.1204×10^-5
μmol/m²
，UV气溶胶指数（UV-AAI）峰值0.8315。卫星与模型数据的强相关性（r>0.8）验证了WRF-Chem在复杂地形区的适用性。

方法学亮点

1. 空间分析：基于FIRMS火点数据定位尼泊尔中部山地（如廓尔喀、拉姆琼）为野火热点区
2. 多源数据融合：Sentinel-5P TROPOMI反演CO/NO₂
   柱浓度与WRF-Chem模拟结果交叉验证
3. 时段对比：划分冬季（11-2月）与季风前期（3-4月）分析火灾频率差异

关键发现

1. 污染物贡献梯度：野火对NO₂
   的增强效应最显著（120%），其次为PM_2.5
   （48%）、CO（32%）
2. 季节异质性：3-4月火灾数占全年63%，对应PM_2.5
   超标日数达世卫限值的2.7倍
3. 地理屏障效应：喜马拉雅山脉既阻隔又引导污染物传输，导致加德满都谷地形成污染汇

结论与展望
该研究首次量化了尼泊尔野火对南亚氮循环的关键影响，证实人为诱导火灾是区域空气质量恶化的主要驱动因素。团队建议建立跨境野火预警系统，并将研究成果纳入UKRI-GCRF氮素管理计划（项目号NE/S009019/1）。未来需结合微尺度气象模型，进一步解析BC（黑碳）在冰川区的沉降机制。论文发表于《Environmental Pollution》，为发展中国家山地生态系统的环境政策制定提供了范式。