Sustainable global energy supply based on lignocellulosic biomass from afforestation of degraded areas

An important aspect of present global energy scenarios is the assumption that the amount of biomass that can be grown on the available area is so limited that a scenario based on biomass as the major source of energy should be unrealistic. We have been investigating the question whether a Biomass Scenario may be realistic. We found that the global energy demand projected by the International Energy Agency in the Reference Scenario for the year 2030 could be provided sustainably and economically primarily from lignocellulosic biomass grown on areas which have been degraded by human activities in historical times. Moreover, other renewable energies will contribute to the energy mix. There would be no competition with increasing food demand for existing arable land. Afforestation of degraded areas and investment for energy and fuel usage of the biomass are not more expensive than investment in energy infrastructure necessary up to 2030 assumed in the fossil energy based Reference Scenario, probably much cheaper considering the additional advantages such as stopping the increase of and even slowly reducing the CO₂ content of the atmosphere, soil, and water conservation and desertification control. Most importantly, investment for a Biomass Scenario would be actually sustainable, in contrast to investment in energy-supply infrastructure of the Reference Scenario. Methods of afforestation of degraded areas, cultivation, and energetic usage of lignocellulosic biomass are available but have to be further improved. Afforestation can be started immediately, has an impact in some few years, and may be realized in some decades. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.

中国人为源颗粒物排放现状与趋势分析

利用排放因子法,基于电力、工业、民用、交通等部门的活动水平和排放因子,建立了2000年和2005年中国分省、分部门、分粒径的颗粒物（PM）排放清单.利用情景分析法,基于能源预测,分析了在不同颗粒物控制方案下2010～2030年中国颗粒物的排放趋势.结果表明,我国2005年的总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM₁₀）和细颗粒物（PM_2.5）的排放量分别是29.98、15.30和9.79 Mt, 2000～2005年间的排放增长率分别是3.4%、4.7%和5.4%.在现有政策情景下,我国2030年TSP和PM_2.5的排放量分别是23.06和10.59 Mt,工业锅炉成为最大的颗粒物排放源.通过提高能源利用效率,2030年可在基准情景基础上TSP和PM_2.5分别减排15%和16%;通过增大执法力度,2015年可再减排25%的TSP和10%的PM_2.5排放,之后通过加严排放标准,推广高效除尘装置的应用,2030年TSP和PM_2.5可再减排21%和19%,其排放量分别达到13.81和6.88 Mt.颗粒物的综合控制措施应覆盖电厂、工业、民用等各个领域,从提高能效、保证执法、强化政策3个方面着手.     

基于DNDC模型评估水位变化对滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

水位是影响滨海湿地生态系统蓝碳功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能加快水位的变化,从而改变生态系统碳交换的过程。然而,滨海湿地碳汇功能响应水位变化的机制尚不清楚。为了评估水位对滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)特征的影响,以及验证DNDC(denitrification-decomposition)模型对模拟预测滨海湿地生态系统碳交换的适用性,该研究设计了野外水位控制试验(自然水位,地下20 cm水位、地表10 cm水位),并利用DNDC模型模拟和预测水位变化对滨海湿地NEE的影响。结果表明:(1)不同水位处理之间NEE差异显著,地表10 cm水位处理促进CO₂吸收,地下20 cm水位则抑制CO₂吸收;(2)经过校准和验证的DNDC模型可以准确模拟水位变化对黄河三角洲湿地NEE的影响,NEE模拟值的日动态与田间观测结果显著相关(R²>0.6);(3)通过改变气候、土壤和田间管理等输入参数对DNDC模型进行灵敏度检验,生态系统碳交换过程对日均温、降雨和水位改变的响应最为显著,其中,水位对NEE的影响主要作用于土壤呼吸(Rs)。未来气候情境下,不同水位变化下的生态系统碳交换过程随年份增长呈现不同的规律,因此未来的模拟研究应关注DNDC中水文模块和植被演替过程的完善。该研究可为预测水文变化情境下滨海湿地碳汇功能的未来发展以及政策制定提供参考。     

事故灾难类重大突发事件情景构建概念模型

近期重特大事故灾难频发,表现出我国安全管理水平和应急处置能力依然不足。为引导地区或企业有序地开展应急准备工作,设计了事故灾难类重大突发事件情景构建概念模型,分析了概念模型中的“机会窗”和“准备效益”等重要理念,总结了概念模型在我国当前阶段的重要指导意义。最后,以某化工园区为真实背景,开展了生产安全事故情景构建的原型研究,证明了在事故灾难领域开展情景构建的实际价值。     

基于SWAT模型的阿什河流域非点源污染控制措施

以阿什河流域为研究区,建立了SWAT模型,并通过情景模拟技术分别模拟了退耕还林.等高种植、化肥减量与植被过滤带等非点源污染控制措施及其综合效果.结果表明:通过坡耕地退耕还林,可减少1.03%~5.35%的非点源TN负荷与0.94%~8.09%的非点源TP负荷;通过等高耕作,可减少0.51%~2.77%的非点源TN负荷与0.49%~4.54%的非点源TP负荷;通过20%的化肥减量可减少0.65%~6.52%的非点源TN负荷与0.01%~2.95%的非点源TP负荷;20m的植被过滤带可减少42.62%~69.51%的非点源TN负荷与80.09%~86.27%的非点源TP负荷.通过综合管理措施,可减少34.90%~54.36%的TN负荷与35.32%~60.89%的TP负荷.为达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ类水体TN与TP的浓度标准,2006~2010年尚需削减45.87%~82.53%的点源TN负荷与35.58%~66.85%的点源TP负荷.     

2050年中国能源消费的情景预测

与全球气候变化紧密相关的能源消费问题是当今世界各国关注的热点,特别是中国能源消费规模、能源消费峰值和消费结构等更是关注的重点.论文在简要评述中国能源消费峰值、能源消费预测方法和模型的基础上,系统回顾了国内外对中国能源消费预测研究成果,侧重于人口和经济等驱动中国能源消费的两大主要因素,参考主要发达国家经济发展过程中人均能源消耗及人均累计能耗变化规律,对中国未来能源消费趋势进行了定量预测分析.结果表明:① 中国人均能耗、总量和人均累计消费量均有较大的发展潜力.2050年中国人均能耗大致在4.75~9.31 tce,上限也只相当于美国人均能耗峰值的76%;中国能源消费总量还将持续增长,2050 年的能源消费总量在61.91×10⁸~121.33×10⁸tce;1870-2050 年,中国人均累计能耗最佳分布区间为207~294 tce,只相当于1870-2012 年美国人均累计能耗的46%、德国的56%、英国的57%.② 文献梳理表明,当前预测中国能源消费峰值的各种研究成果大多认为在62×10⁸~79×10⁸tce,而峰值年份则出现在2035-2045 年,论文认为除美国、英国和德国情景将有峰值出现外,其他情景尚不可能出现峰值;③ 法国情景下中国能源消费“零”增长将于2040 年左右出现;日本、韩国以及基准情景预测显示,2035 年以后中国能源消费将进入到2%左右的低速增长期.上述研究结果表明,中国未来能源消费预测采用法国、日本、韩国情景较为合理,2035 年以后,中国能源消费将进入低速增长期.当前,中国人均收入不高,人均能耗尤其人均累计能耗处于较低水平,过早乐观承诺能源消费峰值,易使气候变化谈判陷入被动;从中国国情出发,需给中国社会经济发展留有能源消耗空间;促进能源资源的节约集约使用,积极倡导节能型生产生活方式,是中国社会经济可持续发展、保障能源安全、积极应对全球气候变化的现实需要.     

宁蒙沿黄地带城镇用地扩展驱动力分析与情景模拟

宁蒙沿黄地带属于中国西北干旱半干旱快速城市化地区,研究这一典型地区的城镇用地扩展对丰富城镇用地扩展机制的理论研究和提供相应政策建议具有理论和现实意义。论文利用Logistic回归分析2000-2005年城镇用地扩展的主要驱动力,计算城镇用地转换适宜度矩阵,结合CA-Markov模型模拟3种情景下城镇用地扩展趋势。结果表明：2000-2005年,城镇用地的主要来源是耕地,其次是草地及极少量农村居民点和工矿用地。对城镇用地变化影响最大的因素依次是邻域内城镇用地比重、年降水量、到2001年国道距离、到水域距离、到2001年省道距离以及到2000年土地利用中耕地、林地和草地的距离。一切照常情景下,2016年宁蒙沿黄地带城镇用地总量约997 km²,主要分布在呼和浩特市区、包头市区等主要城市边缘;规划情景下,城镇用地规模达到1 525 km²,分布格局与一切照常情景类似;生态保护情景下,城镇用地规模总量达到1 480 km²,城镇用地沿交通轴扩展呈组团分布。由此得出主要结论：大城市边缘区和交通线是城镇用地发生的主要影响因素;通过总量控制的区域整体城镇用地规划可以优化区域整体城镇用地扩展格局。     

不同河岸带修复策略对氮磷非点源污染的净化作用

选择北江的重要支流流溪河流域为研究对象,基于现有河岸带对非点源污染削减作用的模拟结果,采用情景分析法,预测不同河岸带修复策略对非点源污染的削减作用,使用效益-成本指数表征TN和TP削减率提高幅度与增加河岸带面积的关系,比较不同河岸带修复策略的效率.结果表明:河岸带对TN和TP的削减能力具有较大的空间差异性.各修复情景都在不同程度上提高了河岸带对TN和TP的削减率(TN:23.36%~30.72%;TP:27.19%~39.86%),河岸带增加总面积与削减率呈现对数增长关系(P<0.05).选择综合考虑了流域非点源负荷量以及河岸带状况的优先修复子流域进行河岸带修复时,效益-成本指数达最高为1.19%.     

基于火灾场景的大型浮顶储罐区全过程风险防范体系研究

针对大型浮顶罐区火灾事故风险特征,通过对火灾场景辨识及其火灾风险影响因素分析,结合预防初期火灾场景风险要素和消防系统有效性,提出了罐区火灾事故现实风险的评估框架及确定方法。在此基础上,构建了基于火灾场景的全过程风险防范体系,包括库区评估规划、罐体本质安全化设计、库区火灾预防、罐区火灾扑救、园区火灾事故管理等5个方面,并给出相应的对策措施。大型浮顶罐区全过程火灾风险防范是一个持续改进的结构化过程风险管理体系,有助于实现罐区火灾风险的过程安全管理,进而提高仓储型园区的整体消防安全保障能力和风险防控水平。     

土地利用变化及流域尺度大小对水文类型分区的影响

以海河流域为研究对象,根据1956-2005 年的年降雨量和水面蒸发资料以及DEM、土地利用和土壤的遥感资料,采用地理信息系统和多元统计分析的方法,划分一定单元流域,对海河流域进行水文类型分区划分,并讨论了土地利用转移变化及单元流域尺度大小对水文类型分区的影响。结果表明,不同土地利用情况下水文类型分区的结果是不同的,土地利用的变化会直接或间接影响流域水文类型分区的空间分布,土地利用变化越大,水文类型分区的转移变化也越大。单元流域尺度较小时,水文类型分区分布较为离散,反之,单元流域尺度较大时,水文类型分区的分布则较为连续。当单元流域平均面积变化小于150 km²时,分区分布虽然有一定的变化,但总体来看分区结果相对比较稳定,当单元流域平均面积变化较大,并达到250km²以上时,分区结果会发生较大变化。