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低碳经济背景下贵阳市土地利用碳排放及模拟预测

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:35266
  • 论文编号:el2021123021360027996
  • 日期:2021-12-30
  • 来源:上海论文网

低碳经济论文哪里有?本文以贵阳市为研究对象,分析贵阳市土地利用数量、结构和空间变化趋势,揭示了土地利用变化规律,通过构建 CA-Markov 模型预测贵阳市 2020-2035 年土地利用变化状况。建立贵阳市土地利用碳排放系统动力学仿真模型,分析不同情景方案下,土地利用碳排放变化情况。并顺应低碳经济发展要求,为促进贵阳市实现社会经济与生态环境协调发展,推动土地低碳利用。模拟预测结果对贵阳市未来在城市土地低碳利用方面提供了决策支撑。


1 绪论


1.3.1 国外研究

(1)低碳经济

1962 年,美国人雷切尔·卡森发表了《寂静的春天》,对传统生产方式,尤其是对化肥农药的使用造成的环境破坏作了反思,引起各界对环境保护的重视,由此绿色经济理念兴起,并在经济学界广泛普及[1]。1972 年,罗马俱乐部发表了《增长的极限》,对西方工业化国家高消耗、高污染的增长模式的可持续性提出了严重质疑[2]。Panayotou 认同格鲁斯曼等人对某些环境污染物如颗粒物、二氧化硫的排放和经济增长长期关系呈倒“U”型关系的论断,并从人们对环境服务的消费倾向角度说明了随着国民收入的提高,产业结构发生了变化,人们的消费结构也产生了改变[3]。G.R. Cranston 和 G.P. Hammond 等从全球角度,比较分析了发达国家和发展中国家的碳足迹发展状况,认为实现低碳经济应是所有国家的选择[4]。Kawase 等学者描绘了气候长期稳定的情景,并将排放变化分解二氧化碳强度、能源效率和经济活动,指出要实现 60%~80%的减排目标,总的能源强度改进速度和二氧化碳强度减少速度必须比过去 40 年的历史变化速度快两到三倍[5]。Cecilia Springer 等学者运用 CGE 模型模拟分析了中国结构政策转型和国家排放交易体系之间的相互作用,结果表明中国可以在保持经济增长的同时减少碳排放[6]。

(2)土地利用变化

上世纪 70 年代,人类开始意识到土地利用是一个动态的过程,而不只是单纯上的土地用途的变化。1864 年,Marsh 提出地中海和美国大平原的生态环境正在受到土地利用方式变化的影响[7]。1995 年,国际地圈—生物圈计划(IGBP)和全球环境变化中的人文领域计划(HDP)共同提出了“土地利用和土地覆盖变化(LUCC)”研究计划,使土地利用变化研究成为目前全球变化研究的前沿和热点课题[8]。Bhre Wijaya Aroengbinang 等综合多方面因素,提出研究区土地贫瘠和生态环境日益恶化与土地利用变化及其驱动力紧密相关[9]。Asnake YimamYesuph 等采用极大似然监督图像分类技术对土地利用变化进行分类,对埃塞俄比亚的土地利用时空动态变化进行量化分析[10]。

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3 贵阳市土地利用动态变化分析及预测


3.1 研究区概况

贵阳市属于亚热带季风气候,地处东经 106°07′-107°17′,北纬 26°11′-27°22′之间,平均气温为 14.8℃,冬无严寒、夏无酷暑;贵阳市作为贵州省会城市,占地总面积 8043.37km2,建成区绿地面积 14206 公顷,森林覆盖率 55%;下辖 6 区 3 县 1 市,东、南与黔南布依族苗族自治州接壤,西靠安顺市和毕节市,北邻毕节市和遵义市;集经济、金融、文化、教育交通和集散等中心为一体,同时也是由国务院确定的“黔中经济区”和“泛珠江三角经济区”内重要的中心城市之一。2020 年地区生产总值 4011.65 亿元,比上一年增长 5.0%,三次产业结构比为 4.1:36:59.9。

遥感影像的预处理对土地利用类型数据的提取起着非常重要的作用。因受大气辐射、传感器本身、光照等因素的影响,导致遥感影像在获取过程中会产生误差,因此在进行分类之前需要先对影像进行辐射定标、几何校正、影像裁剪等预处理。

(1)辐射定标

辐射定标的原理是在视场中建立数字量化值与相应的辐射亮度值之间的定量关系,以消除传感器本身引起的误差。其原理是用绝对辐射亮度值代替无量纲化的数字量化值,为后期对遥感影像进行定量化分析奠定基础。本文借助ENVI5.3 软件平台的 Radiometric Correction 中的 Radiometric Calibration 模块对影像进行辐射定标。

(2)几何校正

为了消除在遥感信息采集时因传感器高度和地形起伏以及目标物等因素造成的外部和内部畸变,保证 2005 年、2010 年、2015 年和 2020 年三期遥感数据在同一像元级上,本文运用 ENVI5.3 软件平台以 2005 年遥感影像为参考,选取地面控制点的多项式的方法,对 2010 年、2015 年和 2020 年影像进行几何校正。


5 贵阳市土地利用碳排放模拟预测研究


5.1 系统动力学介绍

5.1.1 系统动力学概念和特征

系统动力学(System dynamics,SD)模型是以多种因素相互作用与反馈为基础、以系统论为指导思想、强调系统整体性行为的一个多因子相互作用、因果关联的动态反馈系统,该模型从多角度、多层次、多方面研究综合性的问题[114]。目前系统动力学模型广泛用于产业结构调整、能源消耗、土地资源、温室气体等领域,在土地利用碳排放预测研究上,主要模拟影响土地利用碳排放总量的变化趋势及在不同情景仿真模式下中所产生的变化,为低碳土地利用的发展提供了新的方法。其具有以下几个特征:

(1)系统的整体性,系统的行为和趋势取决于系统内部各子系统所有与系统相关的因素以及正负反馈路径,强调一个整体的统一。

(2)系统动力学结合了定量分析和定性分析,其主要包括流程图和方程式,在选取影响系统的因子时使用的是定性分析的方法,在确定各变量之间的方程式使用的是定量分析的方法,因此系统动力学方法论是定性分析与定量分析的方法论。

(3)适应于未来长期的预测行为,系统动力学模型先是对历史性时期的数据进行检验,然后再对未来的趋势进行仿真模拟,其历史性检验的时期越长,仿真模拟的效果就越好,这样做的目的是能够较为准确地反应系统的反馈机制和行为趋势。


5.2 系统动力学模型

5.2.1 确定系统目标

本研究建模的主要目标是从系统角度研究贵阳市土地利用碳排放系统中各个子系统之间相互作用的反馈机制。通过分析各个变量之间的因果关来找出系统内部各变量之间存在的关联,希望通过调整相关变量,呈现出系统在不同情景下的状态和变化情况,进而确定贵阳市土地利用碳排放系统的运行机理,仿真不同情境下贵阳市土地利用碳排放的变化,并对仿真结果进行综合分析,实现对贵阳市土地利用碳排放的预测和选取最佳方案,并根据预测分析结果提出符合贵阳市土地利用低碳发展的对策及建议。

5.2.2 系统边界的确定

确定系统边界是为了进行有针对性的系统研究。通过设定系统边界将与研究的问题密切相关的变量包含在内,将无关的变量排除在外。根据模型设计需要,本文的研究系统边界仅限于土地利用系统,包括人口、经济、环境和土地碳排放。系统空间边界限定为贵阳市,时间边界为 2005-2035 年,模拟步长设定为 5 年。由于 CA-Markov 模型时间的限定性和研究所用数据多数来源于贵州省或者是贵阳市年鉴,因其具有滞后性,故模型及仿真的历史数据年段为 2005-2020 年,预测年段为 2020-2035 年。

5.2.3 系统各子系统因果关系分析

本文根据贵阳市土地利用实际发展情况,将碳排放系统分为土地、人口、经济和环境四个子系统,分析其内部相关因素的因果关系。

(1)土地子系统

土地作为人类生产生活活动的重要载体,社会进步、经济发展水平的提高、城市规模的扩大等都与土地利用有着密不可分的关系,根据对碳排放影响因素的分析可知,土地利用类型中耕地、林地、草地、建设用地与经济、人口、环境等因素的关系比水域和未利用地更为密切,对碳排放的增长和吸收起着直接或间接的作用。因此将耕地、林地、草地和建设用地设定为系统状态变量。

(2)经济子系统

通过上述章节对碳排放影响因素分解分析可知,国内生产总值和人均生产总值等因素是影响碳排放总量变化的重要因素。经济发展一方面推动了社会进步、增加人民收入,促进了人民生活水平的不断提高;另一方面也造成了人口数量的增加和碳排放总量的增长。因此经济子系统主要包括:状态变量 GDP、一、二、三次产业 GDP、三次产业固定投资额和社会固定投资额;速率变量是一、二、三次产业投资比例,人均建设用地面积。

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6 研究结论、对策建议及展望


6.2 对策建议

基于上述分析结果,结合研究区实际发展情况,提出以下五点对策建议:

(1)优化产业结构,转变经济发展模式

由第四章 LMDI 因素分解模型分析结果和第六章不同方案之间对比分析可知,经济发展因素是影响土地利用碳排放的重要因素,贵阳市作为全国生态文明示范城市,调整产业结构对贵阳市生态文明建设具有重要意义。通过优化三次产业来实现经济发展形式的转变,摒弃“高耗能、高污染、高排放”的传统经济发展模式向“高效率、高产出、高增长”和“低污染”的“三高一低”的现代经济模式转变。依托大数据、云计算等产业优势,促进产业优化升级,实现贵阳市特色产业结构的转型。

(2)控制人口增长,提高人口质量

由第四章 LMDI 因素分解模型分析结果可以得出,人口也是影响土地利用碳排放的重要因素之一,2005-2020 年 15 年间贵阳市总人口增加了约 144.05 万人,增长幅度为 40.80%。人口规模的扩大对碳排放总量的增加具有十分重要的影响,随着近年来贵阳市城市化进程加快,经济水平的提高,加上宜人的气候,吸引大量的外地人口来贵阳工作、定居,因此合理控制人口增长就显得非常重要。再者贵阳市依托大数据产业,走生态文明道路,必须发展科技,发展科技最重要的是技术人才,因此贵阳市应以建设国家创新试点城市为载体,大力推行人才引进政策,凝聚青年人才,尤其是研究型高端人才。

(3)加强林地保护,促进绿色发展

由于贵阳市地处我国喀斯特山地地区,是独特喀斯特山地城市,生态环境脆弱,因此加强林地资源的保护和培育刻不容缓。贵阳市早在 2018 年森林覆盖率达 52.2%,林地保护较好,已提前完成 2020 年森林覆盖率达到 50%的目标。由上面分析可知,林地是重要的碳汇,能够吸收大量的二氧化碳,是改善环境质量的重要组成部分。因此,实施退耕还林、增强林地保护成为推动生态文明建设,促进社会经济与生态环境协调发展的重要手段。在维持经济良好发展的同时,努力打造低碳贵阳。

参考文献(略)

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