基于碳排放约束的土地利用结构优化模型研究及其应用

以经济快速发展区域（县域）的土地利用生态经济系统为研究对象，利用系统科学相关分析方法，结合区域土地利用的经济、生态和社会功能变化趋势，在分析区域未来社会经济科学发展、碳排放目标与土地利用结构变化关系的基础上，研究了土地利用结构调控的CO2当量指数、经济效益指数及其目标函数，通过集成Markov模型和结构优化方法，建立了区域土地利用结构的低碳优化动态调控模型（LUSCC）及其求解方法。最后以江苏泰兴市为例进行了分析验证，综合考虑该区域的发展战略和政策实施情况，获得3种不同碳排放目标调控程度的土地利用优化结构及其调控方法，研究表明，建立的基于碳排放约束的动态优化调控模型，能够满足土地资源配置效率的最大化及其可持续利用要求，为探索区域未来低碳型土地利用结构的优化方法提供参考。     

基于生态效益的武汉城市圈土地利用结构优化

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。以武汉城市圈为研究区,基于2002~2009年土地利用变更调查汇总数据,引入土壤有机碳储量和土地利用绿当量两个生态指标,评价了城市圈发展不同阶段土地利用结构的生态效益;并通过TOPSIS模型对历年土地利用结构生态合理度进行了评价。在此基础上,以经济效益和生态效益的最大化为目标,构建了2020年多目标优化模型,获得了符合城市圈发展需求的土地利用结构优化方案,呈现"四增三减三稳定"的数量格局,且生态效益指标和生态合理度均呈正向的发展趋势;进而提出了土地资源可持续利用的建议。研究结果对武汉城市圈土地利用总体规划修编、土地利用调控方案的优化以及土地可持续利用具有重要指导意义。     

扬子江城市群土地利用时空变化及其对陆地生态系统碳储量的影响

扬子江城市群是江苏省城市化进程最快,土地利用变化最明显的区域。研究该地区地利用变化及其对陆地生态系统有机碳储量的影响,对江苏省低碳土地利用研究具有重要意义。该文利用五期30 m土地利用栅格数据、土壤样点数据、林地植被清查数据、农作物数据以及经验数据,分析了1995～2015年扬子江城市群土地利用时空变化、核算了其对有机碳储量的影响。主要结果如下:(1) 1995～2015年间,扬子江城市群约有15. 90%的土地发生了转移,其中,耕地作为主要的转出者,建设用地作为主要的转入者,耕地转移为建设用地的面积约为4 161. 78 km~2,占扬子江城市群耕地转出面积的85. 86%,是主要的土地转移类型;(2) 1995～2015年间,由于土地利用类型转移变化,扬子江城市群有机碳储量总量减少了472. 63×10~4t,其中土壤有机碳储量总量增加110. 28×10~4t,植被碳储量总量减少582. 91×10~4t;(3)建设用地占用耕地是区域有机碳储量减少的主要原因,导致有机碳储量减少406. 40×10~4t,占整个区域有机碳储量减少总量的85. 99%;(4)未来扬子江城市群可通过增加生态用地、控制建设用地、优化土地利用结构,提高区域碳储量,减少对陆地生态系统碳平衡的扰动。     

基于生态效益的武汉城市圈土地利用结构优化

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。以武汉城市圈为研究区,基于2002～2009年土地利用变更调查汇总数据,引入土壤有机碳储量和土地利用绿当量两个生态指标,评价了城市圈发展不同阶段土地利用结构的生态效益;并通过TOPSIS模型对历年土地利用结构生态合理度进行了评价。在此基础上,以经济效益和生态效益的最大化为目标,构建了2020年多目标优化模型,获得了符合城市圈发展需求的土地利用结构优化方案,呈现“四增三减三稳定”的数量格局,且生态效益指标和生态合理度均呈正向的发展趋势;进而提出了土地资源可持续利用的建议。研究结果对武汉城市圈土地利用总体规划修编、土地利用调控方案的优化以及土地可持续利用具有重要指导意义     

退耕还林(草)政策下土地利用结构优化研究——以内蒙古太仆寺旗为例

基于中国北方农牧交错带太仆寺旗1995、2000、2005和2008年四期土地利用现状和同时期社会经济统计数据,CLUE-S模型理论框架,结合土地利用适宜性评价和生态系统过程模型,设定生态效益最优、经济效益最优、综合效益最优、现状及预测五种情景,并基于五种情景,对太仆寺旗的土地利用数量需求和空间分布格局进行了优化配置。结果表明,退耕还林(草)政策的实施导致区域土地利用的剧烈变化,但其综合效益与生态效益变化趋势一致。从用地结构来看,太仆寺旗的土地利用现状还存在较大的优化空间,通过综合最优目标的优化,耕地、草地和其他用地在优化后的比例分别占土地总面积的30.34%、35.33%和12.48%,土地利用的生态效益、经济效益和综合效益分别提高了6.2%、2.1%和3.89%,并且向着更加生态与集约的方向发展。从土地利用空间格局上来看,其东北部受人类活动的影响显著,退耕还林(草)政策仍是导致其生态效益和经济效益发生变化的重要影响因子。今后,只有以综合效益最优为目标的土地利用结构优化,才能保证在现状土地利用效益不减少的情况下,最大程度地增加土地利用的生态效益、经济效益和社会效益,使土地利用既满足生态环境的要求,又能提高其经济产出,实现土地资源的可持续利用。     

武汉城市圈土地利用碳排放效应分析及因素分解研究

土地低碳利用对减少土地利用碳排放，发展低碳经济，建设“两型社会”具有重要作用。以武汉城市圈为研究对象，估算了武汉城市圈1996～2010年土地利用碳排放量，分析了城市圈1996～2010年土地利用碳排放效应，利用LMDI模型对影响城市圈土地利用碳排放的因素进行了分解。研究表明：（1）1996～2010年武汉城市圈土地利用碳排放量由1996年的95282万t上升到2010年的4 55035万t，年均增长1182%，且上升幅度越来越大；（2）武汉城市圈居民点及工矿用地碳排放强度最大，耕地最小，不同土地利用方式碳排放强度及变化幅度存在一定差异；（3）城市圈各城市土地利用碳排放存在时空差异，时间上表现为碳排放增长速度和幅度的差异，空间上表现为各城市单元碳排放量的差异；（4）土地利用变化、经济发展水平提高、人口规模增加对城市圈土地利用碳排放存在正效应，能源效率提高和能源结构优化存在负效应     

环境约束下大都市城郊土地利用结构评价——基于信息熵和非期望产出模型分析

土地利用过程中会产生期望和非期望产出,针对以往土地利用结构评价中忽略环境产生的非期望产出而影响土地利用结构效率真实性问题,以大都市城郊的上海青浦区为例,宏观上,运用信息熵模型对该区2005~2014年土地利用结构有序性进行评价;微观上,运用非期望产出模型测算青浦区研究期间土地利用结构效率,为寻求区域土地利用结构效率损失的原因及改善途径提供参考。结果表明:(1)2005~2014年青浦区土地利用结构信息熵值时序上呈现"M"形变化趋势,空间上由中部向东西两翼递减;(2)2005~2014年青浦区土地利用结构效率变化趋势在时间序列上呈现"W"形变化趋势,空间上由中部的中心城区向东西两翼递减格局;(3)将环境的负产出纳入非期望产出模型进行土地利用结构效率评价,能更加准确的反映土地利用结构效率的真实性;(4)影响青浦区土地利用结构效率水平变化的主要因素为纯技术效率的变化,资源过度消耗和环境污染物排放过量是制约青浦区土地利用结构效率提升的主要原因。针对土地利用结构效率损失的原因及区域差异提出效率提升途径。研究结果可为青浦区土地利用结构优化和可持续发展提供科学借鉴。     

平原河网地区非点源污染风险差异化分区防控研究

土地利用优化和空间防控策略对非点源污染风险控制及水环境质量的改善具有重要意义。本文以太湖流域典型平原河网地区-上海市青浦区为研究对象,将灰色线性规划模型与最小累积阻力模型相结合,以控制非点源污染风险和增加经济效益、生态效益为目标,进行土地利用结构优化与空间分区防控研究,在空间上划设了水资源保育区、水资源重点防护区、非点源污染一般阻控区、非点源污染中等阻控区及非点源污染重点阻控区,并针对不同分区提出具有针对性的防控措施。与2012年相比,预测2020年优化防控方案下,可减少总氮、总磷的输出10.96%和41.33%。由此表明,优化土地利用结构和构建空间差异化防控机制是有效调控非点源污染风险,实现区域可持续土地利用,促进经济发展和保证生态环境安全的有效途径。     

武汉城市圈土地利用变化系统仿真模拟与驱动力分析

土地利用变化是全球环境变化与可持续研究的重要内容,驱动力研究是土地利用变化研究中的核心问题。现有土地利用变化驱动力研究多针对单一的城市区域展开,无法解释城市群地区,城市一体化战略指导下城市交互作用对土地利用变化的影响。运用系统动力学(SD)方法,综合考虑经济、人口、城市化、政策等主要人文因素,并将城市交互作用因素引入SD,以武汉城市圈为例,构建土地利用变化系统SD模型,运用1997~2006年的历史数据进行检验,并对武汉城市圈2010~2020年不同情景下的土地利用变化进行模拟。结果表明,建立的SD模型是有效的,两种情景下土地利用变化表现出差异性,说明城市交互作用是除经济、人口城市化等社会经济因素外,土地利用变化的又一重要影响因素。     

基于遗传算法的可持续土地利用动态规划

在建立和求解多目标可持续土地利用动态规划模型过程中，采用遗传算法并结合多目标模糊优选理论处理多目标土地利用结构优化问题。其详细步骤为：在分析区域特征基础上构建时间序列；通过现状分析设置土地利用类型决策变量，确定优化目标和约束条件，构建土地利用结构多目标优化模型；用灰色GM(1,1)预测模型对土地利用结构优化多目标模型参数进行预测；用遗传算法多目标优化方法对土地利用结构优化模型求解得pareto解集；最后运用多目标模糊优选动态规划方法对规划期内各时间段的pareto解集进行模糊动态优选，以最大优属度判定原则确定出最优决策序列。自贡市的实例表明，该方法有助于解决多目标协调问题，并通过提供多方案选择性，从而使规划更具灵活性，同时又便于充分吸纳公众参与，减少规划中的不确定性，增加规划的科学性、现实性和可操作性。     

武汉城市圈土地利用空间关联的碳排放效率及其收敛性分析

通过测算武汉城市圈土地利用空间关联的碳排放效率及其收敛性,为该城市群提供碳减排方案。通过运用结合Bootstrap技术的Malmquist指数方法测算了武汉城市圈土地利用空间关联的碳排放效率及其技术进步和技术效率,并对该效率做σ-收敛和β-收敛分析。研究发现该城市圈土地利用空间关联的碳排放效率在2010年前呈上升趋势,之后出现下降;究其原因,虽然技术进步是持续的,但是不足以弥补技术效率的不断降低;将武汉城市圈按照土地类型分为三类城市,收敛性分析发现它们均出现了不同程度的收敛,而且收敛于较高的碳排放水平。根据以上的分析结果,结合该城市圈的产业布局,提出了相应的减碳方案。     

湖北省农地利用碳排放时空特征与脱钩弹性研究

基于化肥、农药、农膜、农用柴油、翻耕、稻田6个主要方面的碳源，测算了湖北省1995~2009年及其地、市、州2008年的农地利用碳排放量。结果表明：（1）自1995年以来，湖北农地利用碳排量总体呈现“上升-下降-上升”的三阶段特征，其碳排放强度变化轨迹与此基本一致。（2）区域差异明显：农地碳排放总量，江汉平原、鄂东北地区高，鄂西、鄂东南地区较低；农地碳排放强度，总体呈现东高西低的特征，即鄂东>鄂中>鄂西。进一步运用Tapio脱钩模型对湖北省农地利用碳排放与农业经济发展间的脱钩关系进行了研究，发现以弱脱钩和强脱钩为主，可见近些年来农地利用碳减排取得了一定成效     

武汉市城乡建设用地时空演变及驱动机制研究——基于城乡统筹视角

基于城乡统筹视角，运用GIS空间技术、土地利用动态模型和多元回归分析，研究武汉市1996~2009年城乡建设用地数量结构变化、空间格局演变及驱动机制，是土地利用变化（LUCC）研究的重要内容之一，对区域城乡建设统筹规划及城乡社会经济统筹发展具有现实指导意义。结果显示：(1)研究期内武汉市城乡建设用地整体规模扩大，城镇建设用地比重上升，农村居民点用地比重下降；城市与建制镇扩张较快，主要源自对农用地的占用及独立工矿用地、农村居民点整理。(2)外城区城-乡建设用地数量、结构变化及类型转换特征对武汉市城乡建设用地变化起主导作用。(3)人口变化、经济增长、居民生活水平提高及政策等因素对武汉市内、外城区城-乡建设用地格局的驱动作用具有明显的区域差异和城乡差异     

中国“十三五”时期省际碳减排目标的效率分配

首先,将"零和收益"的博弈思想引入到SBM模型中,构建了基于零和收益的碳减排SBM效率分配模型(ZSG-SBM)。然后,基于"十三五"规划中我国整体碳强度降低18%的减排约束,从经济增速和能源消费结构2个维度设置了"十三五"期间我国经济系统的4种发展情景,应用上述ZSG-SBM模型对碳减排目标进行了省际层面的效率分配。并通过对比各省经济发展现状和碳减排目标的分配结果,分析了各省的低碳经济发展路径。结果表明:采用ZSG-SBM模型对碳排放量进行效率分配后,30个省份的投入、产出指标实现了有效配置,碳排放效率到达效率前沿。政府基于"公平"导向的行政分配方案会造成一定程度的效率损失,基于ZSG-SBM模型的效率分配方案更符合低碳经济的长远发展要求。在碳强度约束的基础上,能源强度的再约束将迫使各省优化能源消费结构,从而提升我国整体碳排放效率。"十三五"时期,我国有16个省份的碳减排目标分配结果大于18%的平均标准,各省应根据自身资源禀赋、经济水平、产业结构和能源消费结构的现状选择差异的低碳经济发展道路。     

中国碳减排承诺解读及碳交易发展研究

中国政府2009年末温室气体减排承诺的宣布，哥本哈根会议的召开，使得节能减排和碳交易问题成为大众关注的焦点。解读了中国的减排承诺，回顾了排污权交易和碳交易的发展，分析了排污权交易和碳交易面临的问题，并展望了国内碳交易市场的发展。认为中国现在制定的碳减排标准减少的是碳排放的增量，既是环境问题又是经济问题，今后减排目标会进一步细化。通过与发达国家相对成熟的碳市场对比，认为建立有效运营的国内碳交易市场的当务之急是抓紧交易配套资源的建设，如能耗监测系统、配套法律、相关人才培养等，使碳交易平台专业化，以主动掌握碳定价权。碳市场展望方面，认为国内碳市场有望随着各行业、地区减排目标的设定而逐步形成和发展     

基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

长江经济带碳排放现状及未来碳减排

长江经济带是我国"三大支撑带"之一,其碳减排目标实现对我国生态文明建设具有重要意义。采用2005~2013年长江经济带(含9省2市)的能源消耗与经济社会数据,通过数理统计,得出各地历年碳排放量、人均碳排放、能源强度、产业结构多元水平的具体数值及变化率,结合运用弹性计算和矩阵分类法,发现长江经济带碳排放存在空间与结构差异。研究结果显示:(1)长江经济带碳排放及增长率、人均碳排放及增长率、能源强度都高于全国平均水平,能源强度下降率低于全国平均水平;把长江经济带分为东中西三段区域,碳排放总量、人均碳排放及能源强度下降率梯度下降,碳排放增长率、人均碳排放增长率、能源强度梯度上升。(2)工业化开始越早、重工业化主导向生产性服务业主导转变越快、越充分地区,经济低碳化水平越高;通过提升产业结构多元化速度有利于碳减排。(3)长江经济带各地实现碳减排措施应有不同,东段地区应着重降低人均碳排放,中西段地区应着重于降低能源强度。(4)未来碳减排应兼顾公平与效率,各地区碳减排目标分配应结合各地支付能力、碳汇能力、生产效率、能源结构等因素来安排。     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据，利用GIS空间分析技术，分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著，而耕地、草地面积持续减少；耕地减少和城乡建设用地增加相关，草地减少和林地增加相关，水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关；四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高；受土地利用变化影响，2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高，水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强，而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱；生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地，其次是林草地覆盖区，青海高原荒漠区生态服务价值最低。