Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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2003.11a
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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.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.28
no.4
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pp.384-395
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2012
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.
This study analyzes the impact of long-range transport of biomass burning emissions from northeastern China on the concentration of particulate matter of diameter less than 10 ㎛ (PM10) in Korea using the Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry (WRF-Chem). Korea was impacted by anthropogenic emissions from eastern China, dust storms from northern China and Mongolia, and biomass burning emissions from northeast China between April 4-and 7, 2020. The contributions of long-range PM10 transport were calculated by separating biomass burning emissions from mixed air pollutants with anthropogenic emissions and dust storms using the zeroing-out method. Further, the radiation energy budget over land and sea around the Korean Peninsula was analyzed according to the distribution of biomass burning emissions. Based on the WRF-Chem simulation during April 5-6, 2020, the contribution of long-range transport of biomass burning emissions was calculated as 60% of the daily PM10 average in Korea. The net heat flux around the Korean Peninsula was in a negative phase due to the influence of the large-scale biomass burning emissions. However, the contribution of biomass burning emissions was analyzed to be <45% during April 7-8, 2020, when the anthropogenic emissions from eastern China were added to biomass burning emissions, and PM10 concentration increased compared with the concentration recorded during April 5-6, 2020 in Korea. Furthermore, the net heat flux around the Korean Peninsula increased to a positive phase with the decreasing influence of biomass burning emissions.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.31
no.1
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pp.83-91
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2015
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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v.7
no.1
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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.
We have found an error in the operational OMI HCHO columns, and corrected it by applying a background parameterization derived on a 4th order polynomial fit to the time series of monthly average OMI HCHO data. The corrected OMI HCHO agrees with this understanding as well as with the other sensors measurements and has no unrealistic trends. A new scientific approach, statistical analyses with EOF and SVD, was adapted to reanalyze the consistency of the corrected OMI HCHO with other satellite measurements of HCHO, CO, $NO_2$, and fire counts over Africa. The EOF and SVD analyses with MOPITT CO, OMI $NO_2$, SCIAMAHCY, and OMI HCHO show the overall spatial and temporal pattern consistent with those of biomass burning over these regions. However, some discrepancies were observed from OMI HCHO over northern equatorial Africa during the northern biomass burning seasons: The maximum HCHO was found further downwind from where maximum fire counts occur and the minimum was found in January when biomass burning is strongest. The statistical analysis revealed that the influence of biogenic activity on HCHO wasn't strong enough to cause the discrepancies, but it is caused by the error in OMI HCHO from using the wrong Air Mass Factor (AMF) associated with biomass burning aerosol. If the error is properly taken into consideration, the biomass burning is the strongest source of HCHO seasonality over the regions. This study suggested that the statistical tools are a very efficient method for evaluating satellite data.
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.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.34
no.2
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pp.259-268
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2018
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.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.30
no.1
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pp.48-58
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2014
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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