【碳汇】基于土地利用的区域尺度碳排放效应及时空格局分析

前言

一些研究表明,土地利用变化对陆地生态系统的分布和结构产生深远影响,进而改变碳循环和碳储量,成为控制碳积累速率的主导因素。在1850至1998年间,因人类不合理的生产和生活活动所产生的碳排放中,约1/3来源于土地利用变化。因此,土地利用变化不仅是碳排放研究和低碳经济的重要切入点,也是碳排放调控的重要突破口。研究土地利用变化对碳排放的影响,对于理解人类活动对生态环境的扰动程度及其机制,制定有效的碳排放政策,具有重要的现实意义。

研究方法

简单来说,基于土地利用的碳排放效应分析是通过将研究区内各土地利用类型(不包括建设用地)的面积与相应的碳排放(或吸收)系数相乘,来估算碳排放量(或碳吸收量)。这些碳排放(吸收)系数来源于已有的研究成果。建设用地的碳排放通过其利用过程中能源消耗量及其对应的碳排放系数间接估算。如下式:
E_a=\sum_{i=1}^{n} a_i*c_i + E_b=\sum_{i=1}^{n} a_i*c_i + \sum_{j=1}^{n} k_j*z_j*f_j

E_a表示总碳排放量,a_i表示各土地利用类型的面积,c_i是对应土地利用类型的碳排放(吸收)系数,E_b为建设用地碳排放量,k_j表示能源j的消耗量,z_j表示标准煤换算参数,u_j表示对应能源的碳排放系数。

数据收集

  1. 土地利用数据:很多权威机构每年都会发布土地利用数据,可直接下载使用,如武大的30m的土地覆盖数据、modis的土地覆盖数据。有条件的就使用下发的土地利用数据。
  1. 碳排放系数:参考前人的研究成果,设定耕地 (0.497 t·hm-2) 、林地 (-0.644 t·hm-2) 、草地 (-0.02 t·hm-2) 、水体 (-0.023 t·hm-2) 和未利用地 (-0.0005 t·hm-2) 的碳排放系数。
  2. 能源数据:省、市的统计年鉴,

注意:如果是计算县尺度,可能查不到这个县的统计年鉴数据,我们可以用县与市的GDP比值乘以能源消耗量来计算该县的能源消耗

  1. IPCC数据:各能源种类的碳排放系数

实际操作

不同土地类型碳源汇空间分布制图

操作步骤:
对于耕地、林地、草地、水体和未利用地,我们已经掌握了各类土地的碳排放系数。接下来,我们可以利用将栅格单元的大小与对应土地类型的碳排放系数相乘,得到每个栅格单元的碳排放量。对于建筑用地,我们需要首先根据上述公式,通过能源消耗数据、标准煤系数和排放系数计算出建筑用地的总碳排放量。然后,将建筑用地的总碳排放量除以建筑用地的总栅格数量,便可得出各栅格单元的碳排放量。计算出建设用地的总碳排放量后,该区域的总碳排放量也可以随之确定。

以上步骤完成后,即可得到土地利用的区域尺度碳排放效应。接下来我们还可以做以下的分析:

  1. 用ArcGIS的区域分析工具箱的面积制表工具,生成土地类型转移的转移矩阵,并计算不同时间段土地类型的转移面积。此外,通过局部分析工具箱中的合并工具,我们可以进一步分析土地类型转移变化的空间分布。
  2. 在《基于LUCC的眉山市县域碳排放效应》一文中,作者从碳排放的经济贡献系数和生态承载系数的角度,分析了区域碳生产力和碳汇吸收能力,并通过碳排放的生态补偿分析了碳汇带来的经济效益。以上几种分析方法非常具有启发性,也可以在报告中有所体现。。

参考:
《基于LUCC的眉山市县域碳排放效应》 徐 婕
《长沙市土地利用碳排放的时空演变特征及多情景模拟》 孙宇栋

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