武漢市土地利用碳排放分析與系統(tǒng)動力學仿真.pdf

1、隨著全球人口的快速增長、社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人類在大量消費以碳基能源為主的資源發(fā)展經(jīng)濟的同時，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)境惡化以及時常出現(xiàn)的極端天氣等問題成為各界關注的焦點。而土地承載著人類生產(chǎn)以及生活的各類活動，城鎮(zhèn)化的擴張、經(jīng)濟的發(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程。但是以前對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理出發(fā)，測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策。而對于城市社會經(jīng)濟與土地利用碳排放的系統(tǒng)分析，各因子相互作用機理的研究，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文獻的基礎上，對城市各類土地的自然源和人為源碳排放進行了測算與分析，計算了1996-2014年武漢市土地利用碳排放量、碳匯量和碳排放強度，并對其

3、進行影響因素分解研究。在此基礎上通過建立城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學模型，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、土地利用與碳排放系統(tǒng)之間的聯(lián)系以及運行機理，進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對策。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)根

4、據(jù)土地利用碳減排的實際需求提出了研究議題，并對國內(nèi)外有關研究文獻進行了綜述。對土地利用碳排放機理、土地利用碳排放效應、土地利用碳排放測算、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)動力學仿真模型等方面的研究進行學習，并對相關的研究觀點、研究方法、研究結論進行了歸納，進而提出現(xiàn)有研究的不足——對于城市社會經(jīng)濟與土地利用碳排放的系統(tǒng)分析，各因子相互作用機理的研究還有待加強。
　　(2)按照現(xiàn)行理論和實踐的需求，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、能源消耗、碳排放強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、人地關系理論、系統(tǒng)科學理論以及土地優(yōu)化配置理論，為本文的研究奠定理論基礎。
　　(3)根據(jù)不同土地類型分別計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。從總體上來分析，武漢市土地利用碳排放呈不斷上漲趨勢，由1996年的1282.92萬噸增長到2014年的2579.38萬噸，年均增長率為3.96％。而地

6、均碳排放強度以及人均碳排放強度也呈現(xiàn)不斷上漲趨勢，分別由1996年的0.18萬噸/平方公里與1.79噸/人，上升到2014年的0.36萬噸/平方公里與3.12噸/人，年均增長率分別為3.93％與3.13％。而單位GDP碳排放強度逐年下降，從1996年的1.64噸/萬元下降為2014年的0.26噸/萬元，年均下降率為9.73％，這說明武漢市經(jīng)濟擴張的速度明顯高于土地利用碳排放的增長速度。然后運用LMDI模型分解了影響武漢市土地利用碳排放的

7、各因素，結果表明1997-2014年與基期年比較，土地利用結構因素、經(jīng)濟因素以及人口因素比較有力地推動了土地利用碳排放量的增長，累計貢獻率分別為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武漢市土地利用的碳排放的增長起到了抑制的作用，累計貢獻率分別為80.76％和19.24％的碳減排。
　　(4)根據(jù)系統(tǒng)動力學的建模步驟，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)五個子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系以及各變量間的反饋關系，利用Vensim軟件得到城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學模型，并繪制出城市土地利用碳排放系統(tǒng)的因果關系圖和流量圖。
　　(5)通過對武漢市社會經(jīng)濟歷史數(shù)據(jù)以及實際發(fā)展情況的分析，確定武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學模型的相關參數(shù)以及方程式，得到武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學模型。然后運用直觀與運行檢驗、歷史

9、檢驗和靈敏度分析對模型進行檢驗。檢驗結果表明:模型具有很好的穩(wěn)定性，可以用來模擬實際系統(tǒng)。接著對武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)進行仿真模擬，仿真時間為2016-2030年。仿真結果說明:①運用該模型預測武漢市土地利用碳排放量以及進行相對應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隨著社會經(jīng)濟、城市人口等的進一步發(fā)展，武漢市土地利用碳排放總量將保持逐年攀升的趨勢。從仿真結果可以看出武漢市未來碳減排任務還比較嚴峻，應加快

10、制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略和低碳土地利用規(guī)劃，早日實現(xiàn)土地的低碳利用。
　　(6)通過改變不同的調(diào)控參數(shù)，利用參數(shù)的不同組合，分別對經(jīng)濟、人口、能源、土地、環(huán)境這五個子系統(tǒng)的不同政策情景進行模擬，然后將各個子系統(tǒng)不同方案進行歸納比較，得到五點結論:①經(jīng)濟高速增長是促進武漢市土地利用碳排放量增長最重要的原因，其次是土地利用結構調(diào)整，而人口增長水平相較于經(jīng)濟高速增長與土地利用結構調(diào)整，對土地利用碳排放量增長的影響作用還是相對較小。②調(diào)整土地利用

11、結構，減少農(nóng)用地向建設用地轉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)結構調(diào)整對減少土地利用碳排放量有著重要作用。④調(diào)整能源結構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。這也從側面表明能源效率因素相對于土地以及經(jīng)濟因素而言對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構的調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整、能源結構的調(diào)整以及能源效率的提高，居民低碳意識的提高對土地利用碳減排的效果相對較弱。最后綜合以上分析，

12、對系統(tǒng)進行綜合調(diào)整政策模擬，找到既能保障武漢市經(jīng)濟穩(wěn)健增長，又能實現(xiàn)2022年土地利用碳排放達峰目標的模擬方案，為武漢市土地低碳利用的實現(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)動力學模擬仿真研究成果，結合武漢市經(jīng)濟社會發(fā)展的實際情況，分別從經(jīng)濟系統(tǒng)、人口系統(tǒng)、土地系統(tǒng)、能源系統(tǒng)以及環(huán)境系統(tǒng)這五個方面提出了符合武漢市社會經(jīng)濟發(fā)展的土地利用碳減排對策與建議。針對經(jīng)濟系統(tǒng)提出的建議包括:①改變經(jīng)濟發(fā)展模式

13、，全面推廣低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟;②調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，限制第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大力倡導發(fā)展第三產(chǎn)業(yè);③鼓勵高耗能行業(yè)轉型，引進先進的低碳技術以及低碳設備，制定適宜武漢市發(fā)展的產(chǎn)業(yè)升級方案。針對人口系統(tǒng)提出的建議有保持計劃生育政策實施的正效應，嚴格執(zhí)行政府新出臺的二孩政策，通過外部政策約束來達到放緩人口增速的目標。針對土地系統(tǒng)提出的建議包括:①完善耕地保護責任制度，實施生態(tài)農(nóng)業(yè);②保護草地、水域資源，發(fā)揮其在調(diào)蓄減排方面的重要功用;③加強對林地使用的

14、監(jiān)督，制止破壞林地的行為，保護武漢市的林地資源;④嚴格控制建設用地的規(guī)模，挖掘建設用地的內(nèi)部潛力，實現(xiàn)集約化利用;⑤推進低碳土地利用制度創(chuàng)新與法律體系建設;⑥開發(fā)低碳土地利用技術。針對能源系統(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能源價格市場化，促進能源效率提升;③加大研發(fā)與推廣新型能源的力度。針對環(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)劃的設計階段就應加入低碳節(jié)能的相關概念;②積極倡導低