武漢市土地利用碳排放分析與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真.pdf

1、隨著全球人口的快速增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類在大量消費(fèi)以碳基能源為主的資源發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，以溫室氣體為主的環(huán)境污染問題日益凸顯。氣候變暖、冰川融化、海平面升高、自然環(huán)境惡化以及時(shí)常出現(xiàn)的極端天氣等問題成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。而土地承載著人類生產(chǎn)以及生活的各類活動(dòng)，城鎮(zhèn)化的擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、資源的消耗等都與土地利用有著緊密的聯(lián)系，土地利用變化不僅僅直接改變了城市自然碳循環(huán)，而且還間接影響著人為碳排放過(guò)程。但是以前對(duì)于土地利用碳排放的研究往

2、往是從碳排放釋放和影響機(jī)理出發(fā)，測(cè)算自然源和人為源碳排放量，分析其變化的影響因素，由此提出可以降低碳排放的對(duì)策。而對(duì)于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)與土地利用碳排放的系統(tǒng)分析，各因子相互作用機(jī)理的研究，以及由此按照可持續(xù)發(fā)展要求，探討可控變量對(duì)城市系統(tǒng)的作用還有待于深入。
　　本文在綜合土地利用碳排放的有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)城市各類土地的自然源和人為源碳排放進(jìn)行了測(cè)算與分析，計(jì)算了1996-2014年武漢市土地利用碳排放量、碳匯量和碳排放強(qiáng)度，并對(duì)其

3、進(jìn)行影響因素分解研究。在此基礎(chǔ)上通過(guò)建立城市土地利用碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，從系統(tǒng)角度分析城市人口、資本、土地、能源等投入，工業(yè)品、GDP、碳排放等產(chǎn)出之間的關(guān)系，得出武漢市土地利用碳排放的變化以及調(diào)控因素的作用，之后通過(guò)系統(tǒng)模型模擬分析武漢市土地利用碳排放各子系統(tǒng)的變化和可能的調(diào)控，深入研究城市經(jīng)濟(jì)、土地利用與碳排放系統(tǒng)之間的聯(lián)系以及運(yùn)行機(jī)理，進(jìn)而提出符合城市可持續(xù)發(fā)展的土地利用碳減排的相關(guān)對(duì)策。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)根

4、據(jù)土地利用碳減排的實(shí)際需求提出了研究議題，并對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述。對(duì)土地利用碳排放機(jī)理、土地利用碳排放效應(yīng)、土地利用碳排放測(cè)算、土地利用碳排放影響因素、城市土地利用碳減排以及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型等方面的研究進(jìn)行學(xué)習(xí)，并對(duì)相關(guān)的研究觀點(diǎn)、研究方法、研究結(jié)論進(jìn)行了歸納，進(jìn)而提出現(xiàn)有研究的不足——對(duì)于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)與土地利用碳排放的系統(tǒng)分析，各因子相互作用機(jī)理的研究還有待加強(qiáng)。
　　(2)按照現(xiàn)行理論和實(shí)踐的需求，界定了土地利用/

5、覆被變化、土地利用碳排放、碳源碳匯和碳庫(kù)、能源消耗、碳排放強(qiáng)度以及低碳土地利用的概念，并梳理了可持續(xù)發(fā)展理論、人地關(guān)系理論、系統(tǒng)科學(xué)理論以及土地優(yōu)化配置理論，為本文的研究奠定理論基礎(chǔ)。
　　(3)根據(jù)不同土地類型分別計(jì)算了武漢市土地利用碳排放量以及碳匯量，之后得到土地利用凈碳排放量。從總體上來(lái)分析，武漢市土地利用碳排放呈不斷上漲趨勢(shì)，由1996年的1282.92萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2014年的2579.38萬(wàn)噸，年均增長(zhǎng)率為3.96％。而地

6、均碳排放強(qiáng)度以及人均碳排放強(qiáng)度也呈現(xiàn)不斷上漲趨勢(shì)，分別由1996年的0.18萬(wàn)噸/平方公里與1.79噸/人，上升到2014年的0.36萬(wàn)噸/平方公里與3.12噸/人，年均增長(zhǎng)率分別為3.93％與3.13％。而單位GDP碳排放強(qiáng)度逐年下降，從1996年的1.64噸/萬(wàn)元下降為2014年的0.26噸/萬(wàn)元，年均下降率為9.73％，這說(shuō)明武漢市經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張的速度明顯高于土地利用碳排放的增長(zhǎng)速度。然后運(yùn)用LMDI模型分解了影響武漢市土地利用碳排放的

7、各因素，結(jié)果表明1997-2014年與基期年比較，土地利用結(jié)構(gòu)因素、經(jīng)濟(jì)因素以及人口因素比較有力地推動(dòng)了土地利用碳排放量的增長(zhǎng)，累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為9.79％、85.11％以及5.10％的碳增量。而土地利用效率以及能源利用效率對(duì)武漢市土地利用的碳排放的增長(zhǎng)起到了抑制的作用，累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為80.76％和19.24％的碳減排。
　　(4)根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模步驟，確定了模型的建模原則、建模目的以及系統(tǒng)邊界，并將系統(tǒng)劃分為碳排放土地子系統(tǒng)

8、、碳排放經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、碳排放人口子系統(tǒng)、碳排放能源子系統(tǒng)以及碳排放環(huán)境子系統(tǒng)。然后根據(jù)五個(gè)子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系以及各變量間的反饋關(guān)系，利用Vensim軟件得到城市土地利用碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并繪制出城市土地利用碳排放系統(tǒng)的因果關(guān)系圖和流量圖。
　　(5)通過(guò)對(duì)武漢市社會(huì)經(jīng)濟(jì)歷史數(shù)據(jù)以及實(shí)際發(fā)展情況的分析，確定武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的相關(guān)參數(shù)以及方程式，得到武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。然后運(yùn)用直觀與運(yùn)行檢驗(yàn)、歷史

9、檢驗(yàn)和靈敏度分析對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明:模型具有很好的穩(wěn)定性，可以用來(lái)模擬實(shí)際系統(tǒng)。接著對(duì)武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，仿真時(shí)間為2016-2030年。仿真結(jié)果說(shuō)明:①運(yùn)用該模型預(yù)測(cè)武漢市土地利用碳排放量以及進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的政策模擬是可行的，這一模型也將適用于其他地區(qū)類似問題的分析研究。②隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市人口等的進(jìn)一步發(fā)展，武漢市土地利用碳排放總量將保持逐年攀升的趨勢(shì)。從仿真結(jié)果可以看出武漢市未來(lái)碳減排任務(wù)還比較嚴(yán)峻，應(yīng)加快

10、制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略和低碳土地利用規(guī)劃，早日實(shí)現(xiàn)土地的低碳利用。
　　(6)通過(guò)改變不同的調(diào)控參數(shù)，利用參數(shù)的不同組合，分別對(duì)經(jīng)濟(jì)、人口、能源、土地、環(huán)境這五個(gè)子系統(tǒng)的不同政策情景進(jìn)行模擬，然后將各個(gè)子系統(tǒng)不同方案進(jìn)行歸納比較，得到五點(diǎn)結(jié)論:①經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)是促進(jìn)武漢市土地利用碳排放量增長(zhǎng)最重要的原因，其次是土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整，而人口增長(zhǎng)水平相較于經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)與土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)土地利用碳排放量增長(zhǎng)的影響作用還是相對(duì)較小。②調(diào)整土地利用

11、結(jié)構(gòu)，減少農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變是抑制武漢市土地利用碳排放量的主要途徑。③產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)減少土地利用碳排放量有著重要作用。④調(diào)整能源結(jié)構(gòu)以及提高能源效率都可以在一定程度上減少土地利用碳排放量，但其作用效果有限。這也從側(cè)面表明能源效率因素相對(duì)于土地以及經(jīng)濟(jì)因素而言對(duì)土地利用碳排放系統(tǒng)的作用較小。⑤相比較于土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及能源效率的提高，居民低碳意識(shí)的提高對(duì)土地利用碳減排的效果相對(duì)較弱。最后綜合以上分析，

12、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)整政策模擬，找到既能保障武漢市經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健增長(zhǎng)，又能實(shí)現(xiàn)2022年土地利用碳排放達(dá)峰目標(biāo)的模擬方案，為武漢市土地低碳利用的實(shí)現(xiàn)提供決策參考和研究支持。
　　(7)根據(jù)前述的武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬仿真研究成果，結(jié)合武漢市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況，分別從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、人口系統(tǒng)、土地系統(tǒng)、能源系統(tǒng)以及環(huán)境系統(tǒng)這五個(gè)方面提出了符合武漢市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的土地利用碳減排對(duì)策與建議。針對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)提出的建議包括:①改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式

13、，全面推廣低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì);②調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，限制第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大力倡導(dǎo)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè);③鼓勵(lì)高耗能行業(yè)轉(zhuǎn)型，引進(jìn)先進(jìn)的低碳技術(shù)以及低碳設(shè)備，制定適宜武漢市發(fā)展的產(chǎn)業(yè)升級(jí)方案。針對(duì)人口系統(tǒng)提出的建議有保持計(jì)劃生育政策實(shí)施的正效應(yīng)，嚴(yán)格執(zhí)行政府新出臺(tái)的二孩政策，通過(guò)外部政策約束來(lái)達(dá)到放緩人口增速的目標(biāo)。針對(duì)土地系統(tǒng)提出的建議包括:①完善耕地保護(hù)責(zé)任制度，實(shí)施生態(tài)農(nóng)業(yè);②保護(hù)草地、水域資源，發(fā)揮其在調(diào)蓄減排方面的重要功用;③加強(qiáng)對(duì)林地使用的

14、監(jiān)督，制止破壞林地的行為，保護(hù)武漢市的林地資源;④嚴(yán)格控制建設(shè)用地的規(guī)模，挖掘建設(shè)用地的內(nèi)部潛力，實(shí)現(xiàn)集約化利用;⑤推進(jìn)低碳土地利用制度創(chuàng)新與法律體系建設(shè);⑥開發(fā)低碳土地利用技術(shù)。針對(duì)能源系統(tǒng)提出的建議包括:①加大科研投入力度，提升能源利用效率;②能源價(jià)格市場(chǎng)化，促進(jìn)能源效率提升;③加大研發(fā)與推廣新型能源的力度。針對(duì)環(huán)境系統(tǒng)提出的建議包括:①要將低碳環(huán)保因素納入城市總體規(guī)劃中，在總體規(guī)劃的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)加入低碳節(jié)能的相關(guān)概念;②積極倡導(dǎo)低