中国生物质燃烧的现状（2012?2024年）：基于卫星的时空评估

《Atmospheric Environment》：Status of Biomass Burning in China (2012?2024): A Satellite-Based Spatiotemporal Assessment

生物质燃烧时空异质性及气象约束机制研究，2012-2024年基于VIIRS、MODIS和ERA5数据，揭示四类植被区火情动态：农作物火灾2018年后锐减40%，草类火灾持续下降，林类与荒漠火年际波动显著；空间上华北平原及东北部为农残焚烧主区，云贵桂集中森林草原火，气象窗口显示燃烧多发生于小雨（<3-4mm/d）低风速（<4m/s）条件下。

　　

杨光义|刘飞|朱光琴|杨玲|赵洪梅|陈国雷

中国徐州生物工程职业学院，徐州221006

摘要

生物质燃烧是大气污染和短期气候变化的主要来源之一，但其在中国范围内的时空变化特征及其相关气象限制尚未得到充分研究。本研究利用2012年至2024年的可见光红外成像辐射计套件（VIIRS）主动火灾数据，结合MODIS土地覆盖信息和ERA5气象再分析数据，探讨了四种植被类型（农田、森林、草地和稀树草原）中生物质燃烧的时间趋势、空间异质性及气象控制因素。结果表明，不同植被类型的火灾活动存在显著的时间差异：农田火灾在2018年后急剧减少，而草地火灾则呈现长期持续下降趋势；相比之下，森林和稀树草原火灾的年际变化较大，并在2020年后有所回升。从空间分布上看，华北平原和东北地区是农业残余物燃烧的主要发生地，而森林和稀树草原火灾则主要集中于云南、广西等南部地区。核密度分析显示，生物质燃烧事件受到严格的气象条件限制，例如在降水量少（<3-4毫米/天）和风速较低（<4米/秒）的情况下更易发生。

引言

近年来，由于气候变化和人为活动的加剧，生物质燃烧已成为一个日益严重的环境问题。它包括自然发生的森林和草地火灾，以及人为引发的农业残余物焚烧等行为（Chen等人，2017年；Yang等人，2020年）。这些火灾不仅导致大量颗粒物、一氧化碳和温室气体的排放，还会影响区域气候系统、土壤肥力和生态系统健康（Zhou等人，2017年；Cheng等人，2022年；Xu等人，2023年）。

过去十年中，多种社会经济和环境因素改变了中国的生物质燃烧动态。其中一个重要驱动因素是农业机械化的发展和农村劳动力结构的转变，尤其是在东北地区（Fang等人，2020年；Liang等人，2024年）。随着农村劳动力向城市转移和机械化农业的推广，农业残余物的焚烧时间和频率发生了显著变化。许多省份现在更常见延迟或集中的焚烧事件，导致污染加剧，卫星记录中的火灾检测频率也有所增加（Zhang等人，2020年；Huang等人，2020年）。同时，气候变化（如温度升高、降水模式改变和干旱频率增加）影响了植被生长周期和燃料含水量，从而改变了自然和农业区域的火灾风险。这些气候变化加上土地利用的变化，增加了生态系统对自然和人为火灾的脆弱性。全球范围内，越来越多的证据表明多个地区的野火活动有所增加，中国部分地区也呈现类似趋势（Xu等人，2020年；Richardson等人，2022年；Lin等人，2025年；Zhang等人，2025年）。

了解中国生物质燃烧的时间演变和空间异质性对于评估其环境影响至关重要，尤其是在空气质量下降和碳排放方面。遥感技术（如中分辨率成像光谱辐射计MODIS和可见光红外成像辐射计套件VIIRS）能够高空间和时间分辨率地系统监测火灾活动，为长期趋势分析和区域差异研究提供了宝贵的数据（Schroeder等人，2014年；Giglio等人，2016年）。尽管有这些数据，但综合分析过去十年中国不同地区生物质燃烧趋势的综合性研究仍然有限。为了制定基于证据的政策，需要更细致地了解空间分布模式（例如识别不同地区的热点区域）。这些知识对于设计有针对性的减排措施、改进空气污染控制策略以及加强灾害预防和响应系统至关重要。

因此，本研究旨在分析过去13年（2012-2024年）中国生物质燃烧的动态，重点关注时间模式和空间异质性。通过将卫星火灾观测数据与区域环境和气象参数相结合，我们试图揭示不同类型火灾最常发生的大气条件，这对火灾风险监测和减排具有实际意义。本文结构如下：第2节描述了火灾点和气象数据来源及研究方法；第3节分析了不同时间尺度上的生物质燃烧变化情况；第4节探讨了影响中国生物质燃烧的各种因素。

节选内容

卫星火灾产品

为了分析过去十年中国生物质燃烧的时空动态，我们在研究中使用了VIIRS主动火灾数据（获取地址：https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/download/，最后访问日期：2025年5月15日）。VIIRS主动火灾产品由Suomi-NPP卫星提供，具有高空间分辨率（375米）和出色的火灾检测能力，特别适合检测小规模农业火灾（Schroeder等人，2014年）。

我们首先提取了...

2012-2024年生物质燃烧的年际变化和长期趋势

为了研究中国各地生物质燃烧的动态，我们分析了2012至2024年间四种主要植被类型（农田、森林、草地和稀树草原）的年度VIIRS火灾数据（图2）。每个图表中，蓝色曲线表示年度火灾次数，洋红色虚线表示线性趋势，旁边的条形图表示与多年平均值的年度偏差（红色表示高于平均值的年份，蓝色表示低于平均值的年份）。

在研究的早期阶段...

生物质燃烧的政策意义和管理途径

自2018年以来，开放式生物质燃烧的持续减少直接证明了控制措施对中国火灾活动的有效影响。如图2所示，农田火灾检测次数从2014年的峰值（约2.7×10^5次）下降到2024年的约1.6×10^5次，总体减少了约40%；而草地和稀树草原火灾的减少幅度超过了50%。这种在多种植被类型中的一致下降趋势...

结论

本研究通过整合高分辨率的VIIRS火灾数据、MODIS土地覆盖数据和ERA5气象再分析，全面评估了2012至2024年中国生物质燃烧的动态。结果表明，中国的火灾活动总体上呈下降趋势，但仍存在由管理政策和气候变率驱动的空间异质性。尽管如此，农业残余物焚烧仍然是主要燃烧源。

作者贡献声明

赵洪梅：数据验证、监督、软件开发。杨玲：资源获取、方法论设计、数据分析。陈国雷：数据验证、监督、资源协调。杨光义：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、资源获取、方法论设计、数据分析。朱光琴：数据验证、监督、数据分析。刘飞：数据验证、监督

未引用参考文献

Cao等人，2022年；Friedl和Sulla-Menashe，2022年；Guo和Liu，2025年；Huang等人，2024年；Liu和Cheng，2023年；Seager等人，2015年；Wang等人，2022年；Wang等人，2023年。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了徐州生物工程职业学院博士科学研究基金和徐州科技计划项目（项目编号：KC25041）的财政支持。我们感谢NASA的火灾信息资源管理系统（FIRMS）和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）免费提供火灾数据和气象数据。同时，我们也感谢审稿人的宝贵意见和建议。