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基于遥感的中原城市群碳源/碳汇时空变化研究

作　者: 赵留峰
导　师: 王喜
学　校: 河南大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 3S 遥感影像土地利用/覆被碳源/碳汇中原城市群
分类号: X321
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

碳是自然界中重要的组成部分，在与人类关系最密切的陆地生态系统中碳的物质量更是占有极大的比例。陆地生态系统中的碳对全球碳循环、二氧化碳浓度变化有重要的作用，以二氧化碳为主的温室气体对全球气温变化有着重要的影响，对全球气候变化研究有重要的意义。人类活动中对全球碳排放影响最大的是化石燃料的燃烧，其次是土地利用覆被的变化，其对碳储量的影响占到化石燃料燃烧的一半。3S（RS、GIS、GPS）技术的紧密结合，可以方便快速的获取区域土地利用动态变化的信息，再融入其他经济社会统计数据，进而对碳源/碳汇的时空变化进行研究。本文在对中原城市群2000年及2010年的两期的TM影像解译的基础上，获取中原城市群各个城市两期的土地利用类型，结合能源统计数据、社会经济数据、各种土地利用类型的碳排放/碳吸收系数，采用“3S”技术及其相关方法、空间统计与空间分析、物料衡算法等模型与方法，对中原城市群碳源/碳汇的时空变化进行分析，并对其驱动机制进行探讨，以其为中原城市群的碳排放调控及低碳发展提供理论和技术依据。通过研究，我们发现：（1）由于城市化的快速发展，中原城市群的土地利用结构发生较大变化。总的来看，建设用地快速增长，农用地较快减少。根据遥感影像解译的结果，从2000年到2010年，建设用地由10254.13平方公里增长到12947.78平方公里，增加了2693.65平方公里，合计增长了26.27%，年均增长速度为2.63%。占总面积的比例也从17.6%增长到22.0%。耕地减少最多，从34990.34平方公里到31977.70平方公里，减少了3012.64平方公里。耕地的占地面积比重从60.3%减少到55%。林地略有增加，从11998.13平方公里到12571.06平方公里，增加了572.93平方公里。林地的占地面积比重从21%到21.5%。建设用地是耕地流出的主要方向，为耕地流出的35.28%。中原城市群近十年土地利用变化的主要特征是，建设用地大量扩张，且大量占用耕地。各个城市的土地利用覆被变化也不尽相同，土地利用的变化与当地区域的人口变化、经济发展状况、政策等因素有很强的关联性，郑州市及其县（市）建设用地和耕地减少的速度较快。（2）可以从土地利用估算中原城市群的碳源/碳汇及其空间分布。从中原城市的土地利用类型来看，建设用地和耕地是主要的碳源，林地是主要的碳汇。建设用地是主要的碳源，2000中原城市群建设用地的碳排放量为4098.66万吨，耕地的为148.53万吨，林地是主要的碳汇，总共吸收碳为7037.44万吨，碳汇比碳源多2790.25万吨，因此从土地利用来看，2000年中原城市群处于碳盈地区。2010年建设用地碳排放为10111.78万吨，耕地的碳排放为134.32万吨，林地的碳吸收为7188.12万吨，研究区域碳源比碳汇多3057.98万吨，因此2010年中原城市群处于碳亏状态。从2000年到2010年这十年间，中原城市群建设用地的碳排放几乎增加了两倍，中原城市群土地利用由碳盈变为碳亏，说明中原城市群的碳汇作用不足以补偿碳排放。经济的快速发展、城市化的快速推进是造成中原城市群碳源急剧增加的重要原因。（3）中原城市群碳源/碳汇的空间分布及其变化可以通过碳源/碳汇总量及碳源/碳汇强度（即单位面积的碳源/碳汇）来说明。从总量上来看，2000—2010年，以郑州为代表的中原城市群核心区是碳源的主要分布地区。洛阳、平顶山、焦作等地区也是碳源较大的地区，这与区域经济发展水平及区域面积等因素有关。洛阳、平顶山是碳汇较大的地区，这与区域土地利用有较大关系。各区域的碳源/碳汇强度可以更准确地说明碳源/碳汇的空间分布及其变化；从碳源/碳汇强度看，碳源最为集中的地区是各城市的市辖区，其次是巩义市、新密市、偃师市等中原城市群的主要县级市，而周边县市的碳源强度相对较小，这与区域的经济发展水平密切相关。从碳汇强度来看，嵩县、栾川县、洛宁县、辉县市、济源市、卫辉市等周边县（市）的碳汇强度最大，与土地利用类型中林地面积占较大比例有关。从空间分布的变化来看，从2000—2010年，郑州市的碳源增加最多，其次是洛阳市和平顶山市；碳汇有的区域增加，有的区域减少，增加的有洛阳、济源、焦作、新乡等地区，减少的主要有郑州、平顶山等地区，与区域经济发展速度有较大关系。从碳盈碳亏的变化看，新乡、平顶山有碳盈变为碳亏，碳汇与碳源差值变化最大的是郑州和洛阳地区，最小的是开封、漯河、许昌、济源等地区。（4）针对中原城市群的碳赤字问题，需要从碳减排和碳增汇两个方面来制定碳源/碳汇的调控策略。建设用地的碳排放远大于耕地的碳排放，首先要控制建设用地的规模，其次是提高能源利用效率，降低碳源强度；最后还要不断改善能源结构，降低碳基能源的比例。科学土地利用规划，节约集约利用建设用地，适当增加碳汇面积。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-11
1 绪论  11-17
  1.1 选题背景与研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 总体思路与技术路线  13-14
    1.3.1 总体思路  13
    1.3.2 技术路线  13-14
  1.4 研究内容与研究方法  14-15
    1.4.1 研究内容  14-15
    1.4.2 研究方法与模型  15
  1.5 论文的总体框架  15-17
2 碳源/碳汇研究的理论基础与技术方法  17-25
  2.1 碳源/碳汇研究的理论基础  17-19
    2.1.1 土地利用/覆被变化的相关理论  17-18
    2.1.2 低碳经济与低碳发展理论  18-19
    2.1.3 土地利用的空间优化配置理论  19
  2.2 碳源/碳汇研究的技术方法  19-25
    2.2.1 “3S”技术与方法  19-20
    2.2.2 空间统计与空间分析  20-21
    2.2.3 基于能源消耗的碳排放计算方法  21-22
    2.2.4 物料衡算法  22-25
3 基于遥感的中原城市群土地利用/变化研究  25-47
  3.1 研究区概况  25-26
    3.1.1 研究区范围  25
    3.1.2 研究区自然条件  25-26
    3.1.3 研究区社会经济概况  26
  3.2 数据来源与处理  26-33
    3.2.1 数据来源  26-27
    3.2.2 遥感数据处理  27-29
    3.2.3 遥感图像分类  29-30
    3.2.4 中原城市群土地利用分类及结果  30-33
  3.3 中原城市群土地利用的时空变化  33-47
    3.3.1 土地利用转换矩阵分析  33-37
    3.3.2 土地利用变化的动态度  37-38
    3.3.3 中原城市群土地利用的时间变化分析  38-40
    3.3.4 中原城市群土地利用的空间变化分析  40-47
4. 中原城市群碳源/碳汇的时空变化研究  47-61
  4.1 碳源/碳汇的计算方法  47-48
    4.1.1 碳排放（碳源）测算  47
    4.1.2 碳吸收（碳汇）测算  47-48
  4.2 中原城市群碳源/碳汇的计算  48-53
  4.3 中原城市群碳源/碳汇的时空变化分析  53-61
    4.3.1 中原城市群碳源/碳汇的时间变化分析  53
    4.3.2 中原城市群碳源/碳汇的空间变化分析  53-61
5 中原城市群碳源/碳汇变化的驱动机制及低碳调控研究  61-65
  5.1 中原城市群碳源/碳汇变化的驱动机制分析  61-62
  5.2 基于低碳的中原城市群土地利用调控  62-65
    5.2.1 碳减排政策  62-63
    5.2.2 碳增汇政策  63-65
6 主要结论与展望  65-67
  6.1 主要结论  65-66
  6.2 存在问题与展望  66-67
    6.2.1 存在问题  66
    6.2.2 展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71

基于遥感的中原城市群碳源/碳汇时空变化研究

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