基于GWR模型中国碳排放空间差异研究

本文通过地理加权回归方法(GWR)研究全国30个省份分别在1997年、2002年、2007年和2012年城镇化、工业结构和能源强度对二氧化碳排放的影响,揭示各影响因素在不同省份的空间差异性。结果表明城镇化在各省市对二氧化碳排放的影响不断增大,其中东部省市的影响较大。工业结构对二氧化碳排放的影响最大,并且呈现逐年下降的趋势。能源强度对二氧化碳排放在总体上有正影响,对中西部地区的部分省份在2007年有负影响,说明存在能源回弹效应。因此,在总体上制定减排政策时,要分区域、分省域制定合理的碳减排目标,对相邻的省份制定协同减排计划,同时要兼顾到欠发达省市的经济发展状况,让经济发达的区域和省市适当承担较多的碳减排任务。具体来看,在城镇化建设过程中,要合理利用公共的城市资源,分别从建筑、交通、工业和能源等方面制定低碳城市建设计划,同时,鼓励大家使用公共交通或者低碳出行方式,从而减少能源需求以及环境污染,进而能更好地保证生活质量和环境状况;从工业结构方面来看,要不断调整产业结构,逐步转向以第三产业为主导的产业结构。在西部地区,要结合当地的地理特征,以提供生产原料为主导产业,发展特色农业和特色林业,不断提升自然因素对碳的吸收能力;从能源强度来看,一方面要在经济快速发展的同时不断提高技术水平,积极开发风能、太阳能、生物质能和其他可再生能源,不断降低煤炭在能源消费中的比重,另一方面从技术角度制定碳减排政策时应考虑回弹效应,尽量减少能源回弹效应的消极影响。     

环鄱阳湖区农田土壤有机碳影响因素空间分布格局分析及制图研究

利用地理加权回归(Geographically Weighted Regression,GWR)模型,对环鄱阳湖区农田土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)影响因子的空间分布格局进行系统分析,结合克里格插值方法进行土壤有机碳制图研究,同时综合比较了地理加权回归方法(GWRK)与回归克里格(Return Kriging,RK)方法在预测土壤有机碳储量结果之间存在的差异。结果表明:(1)根据Pearson相关性分析结果,所选取的各环境影响因素均与土壤有机碳具有相关性(P0.01)。(2)通过GWR模型对各影响因素空间分布格局的分析,发现SOC与坡向、年均温度和年均降水呈正相关,与坡度、植被覆盖度呈负相关。(3)GWRK法得到的土壤有机碳含量变化范围为6.35～31.93g·kg~(-1),接近采样点的实测值;RK方法得到的土壤有机碳含量变化范围在7.41～25.76 g·kg~(-1),总体空间分布特征与GWRK的结果相似,但RK方法预测的结果较为平滑,与SOC储量实际状况还存在一定差异。(4)GWR的拟合优度R~2(0.50)明显高于RK中的R~2(0.20); GWRK方法的均方根误差(RMSE)为4.58,小于RK方法的均方根误差5.35,且通过GWRK方法得出的预测结果在制图上结合采样点位置信息,使成图效果更加精细。     

鄱阳湖湿地土壤有机碳空间分布及其影响因素

湿地土壤有机碳是联系湿地系统内外部物质循环的重要纽带,在湿地生态系统和全球碳循环中起着重要作用。鄱阳湖作为长江中下游大型通江湖泊,其湿地系统内部的土壤有机碳的循环和转换,对于区域甚至全球的碳格局和碳平衡都具有重要意义。通过系统调查与样品采集分析,探讨了鄱阳湖土壤有机碳的空间分布格局及其与土壤性状、植被以及高程等要素的关系。结果表明：(1)鄱阳湖湿地土壤有机碳平均含量为4.38%。在主湖区中部偏北以及南部湖湾区含量较高,在北部入江通道含量最低;河口冲积洲滩和碟形湖的有机碳含量明显高于河道;(2)基于地理加权回归(GWR)模型,总氮、总磷、含水率、高程和植被归一化指数(NDVI)整体上解释了鄱阳湖湿地土壤有机碳35.28%的变化(整体R²=0.35)。局部R²值东南高,西北低,并且碟形湖和洲滩的局部R²值明显高于河道(p<0.01);(3)不同因子对于有机碳的影响的强弱程度在不同区域呈现出不同特征。总氮和有机碳之间的联系在西部湖区较强,在河道以及洲滩上较强;总磷在湖区东南部和西北部均较强,在洲滩和碟形湖中影响力较强;含...     

基于地块尺度的耕地非农化驱动力空间异质性研究——以武汉市为例

土地用途管制和基本农田保护制度下,耕地非农化概率值和其驱动力的空间作用强度分布在土地资源配置和耕地保护方面有积极的指示性。基于武汉市2000~2011年耕地非农化地块的微观数据,通过比较分析Logistic回归模型和地理加权Logistic回归模型参数估计结果,验证了耕地非农化驱动力的空间异质性,并对异质性的空间分布规律和政策涵义做出总结分析。研究表明:1耕地间的空间依赖效应和建设用地对耕地的空间溢出效应在耕地非农化过程中具有显著影响力,且耕地非农化驱动力存在显著的空间异质性;2地理加权Logistic回归模型由于考虑到数据的空间非平稳状态所以比Logistic回归模型有更好的拟合效果;3耕地非农化驱动力的异质性在空间上呈现出一定规律,这些受到产业布局、经济和城市发展特点等的影响,根据不同驱动力空间异质性产生的原因进行差异化土地管理可以解决耕地保护和建设用地供给间的矛盾。研究结果能从地块尺度上反映出耕地非农化驱动因素的空间异质性,实现了驱动因素作用强度空间分布的可视化,并能为国土资源差异化管理提供理论和实践参考。     

长江经济带城市碳排放及其影响因素的时空异质性研究

长江经济带作为国家生态文明建设的先行示范带,肩负着率先实现“碳达峰”“碳中和”的重大使命。掌握长江经济带城市碳排放及其影响因素,对长江经济带实现“双碳”目标具有重大意义。基于IPCC系数计算2008～2018年长江经济带110个地级及以上城市的碳排放情况,利用空间自相关对其进行时空格局分布的研究,构建地理加权回归模型探究不同区位城市碳排放影响因素的时空异质性并揭示原因。结果显示：2008～2018年碳排总量呈放缓态势,其重心逐年向中西部迁移;10a间长江经济带城市的碳排放在空间上呈现显著正相关性及集聚性,且相关性呈波动下降趋势;碳排放影响因素差异明显,影响大小为：人均用电量<人口数量<建设用地<产业结构,在空间格局上,建设用地和人均用电量的影响程度均向东偏移,产业结构和人口数量的空间格局基本稳定。研究结果表明,应从产业结构低碳转型、合理规划建设用地、优化人口空间格局和谋划新能源发电等领域进一步加快实现长江经济带的“双碳”目标。     

丰乐河流域表层土壤有机碳空间变异特征研究

土壤有机碳含量空间变异特征的研究对于区域土壤资源的可持续利用具有重要意义。在ArcGIS技术的支持下对丰乐河流域表层土壤(0~20 cm)有机碳（SOC）含量的空间变异特征进行了研究。结果表明：丰乐河流域SOC含量为1431±4.50 g·kg-1,不同土地利用类型下SOC含量差异显著（p<001）。其中,林地SOC含量的均值最大,为1558±593 g·kg-1;水田和旱地次之（分别为1539±309 g·kg-1、1146±304 g·kg-1）;园地最小(1109±348 g·kg-1)。流域SOC含量变异系数（CV）为3144%,属中等变异程度。其中,林地的CV为3806%,在4种土地利用类型中为最大;园地、旱地的CV分别为3138%、2652%;水田的CV最小,为2007%,表明人类活动影响表层土壤有机碳含量的变异程度。研究区表层SOC半方差模型为球状模型,块金效应小于25%,存在强烈的空间自相关性,且空间变异主要由结构性因素引起。SOC含量空间分布的各向异性显著,在南北方向上变异程度最为剧烈。SOC含量空间分布表现为东北部、西南部较高,西北部偏低,总体呈斑块状分布     

上海城市样带土壤有机碳空间变异性研究

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤有机碳的影响,选择能反映上海城郊乡梯度差异的城市样带,采用地统计学方法对表层土壤样品土壤有机碳的空间变异结构和分布格局进行了分析。结果表明：城市表层土壤有机碳含量均属中等变异,徐汇区土壤有机碳含量呈正态分布,奉贤区、闵行区和所研究样带土壤有机碳含量呈对数正态分布。半方差函数模型拟合结果显示徐汇和闵行区土壤有机碳符合指数模型,奉贤和所研究样带土壤有机碳符合球状模型。通过泛克里格插值得到城市表层土壤有机碳含量空间分布图,发现徐汇、闵行区土壤有机碳呈岛状,奉贤区呈条带状,而所研究样带呈条带和岛状分布相结合的特点。土壤有机碳含量城郊乡梯度差异明显,工业化、城市化、肥料投入与管理等人为因素对城市土壤有机碳空间分布密切相关     

中国省域碳排放及其驱动因子的时空异质性研究

本文选取30省(自治区、直辖市)行政单位作为基本空间单元,依据2003-2010年中国统计年鉴和中国能源统计年鉴数据,采用探索性空间分析(ESDA)方法和地理加权回归模型(GWR),分析八年间碳排放影响因素及其影响程度的时空分布,揭示我国碳排放的区域差异及其驱动因子的时空异质性。研究结果表明:在2003-2010年间,碳减排潜力相对较大区域主要集中在中东部地区,并有向四周扩展的趋势;全国省域碳排放存在较为显著的空间正相关性,且相关性的总体趋势呈现出先上升后下降的空间格局,表明在碳减排的进程中,全国碳排放量的总体空间差异在逐步缩小;碳排放的驱动因子存在明显的时空异质性,如GDP驱动因子在不同省域影响程度不同,而且2006年的GDP驱动因子的回归系数普遍高于2003年,人口影响因子也存在省域的异质性,2010年人口回归系数高于2003年;GDP对碳排放的影响最为显著,影响显著的区域从2003年西部转移到中东部,2010年又移回西部,这进一步说明碳减排与经济增长的复杂关系,意味着碳减排和经济发展并重需要优化经济发展方式,提高能源利用效率。     

上海土壤有机碳储量及其空间分布特征

区域土壤碳库的估算不仅是陆地土壤碳循环研究的重要内容,同时也可为国家尺度的土壤碳库的估算提供更多的数据支持。利用上海第二次土壤普查资料,结合GIS技术对上海土壤有机碳储量、碳密度及其空间分布格局展开研究,结果表明,上海地区0～100 cm深度的土壤有机碳总储量为576×107 t,占全国的0.062 6%,0～100 cm的平均土壤有机碳密度为1055 kg/m2,高于全国平均值,反映出上海土壤具有较高的碳蓄积能力。各类土壤中,水稻土的土壤碳储量最大,其次是灰潮土和滨海盐土,而黄棕壤由于面积狭小,所以土壤碳储量最小。各类土壤0～100 cm土壤有机碳密度的大小顺序依次为水稻土>灰潮土>黄棕壤>滨海盐土。从空间分布格局来看,上海土壤碳密度呈现为西高东低,在局部范围内还表现出高低相间,错综复杂的局面,这种分布规律在一定程度上体现了地形、微地貌、母质、土地利用方式等因素的影响。而快速的城市化引起的土地利用变化造成了土壤碳库的净碳损失量为39244万t,相当于2000年化石燃料产生的碳排放的9.86%,这表明在经济和城市快速发展地区,土地利用变化已经成为影响土壤碳库的重要驱动力。     

红壤丘陵区土壤有机碳储量模拟

土壤的有机碳蓄积量及其动态变化,不仅是维持农业生产可持续发展的重要因素,而且在全球变化碳循环研究中具有重要地位.本文基于GIS技术和DNDC模型,以江西省余江县为例,模拟研究了典型红壤丘陵区不同土地利用方式下的土壤有机碳储量及其变化.结果表明:余江县表层土壤有机碳储量为3.52×109 kg,平均土壤有机碳密度为4.24 kg m-2.不同利用方式中,灌溉水田的土壤有机碳密度最高,其次是望天田、园地、林地和菜地,旱地的较低,草地的最低.该县土壤有机碳库的年度变化量为8.63×107 kg, 变化率为+2.45%.土壤有机碳密度下降的地区多位于农田区内,特别是旱地,部分灌溉水田的碳密度略有增加,林地、园地、草地的土壤有机碳密度是增加的,其中园地的增幅最大.在不考虑土壤流失的情况下,自然植被覆盖下的土壤碳截留能力强于农业植被下的土壤,但是灌溉、施肥、种植绿肥等保护性农业措施可以减少土壤碳的损失,甚至增加有机碳的储量.     

江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应

运用地统计学、地理信息系统、方差分析和回归分析相结合的方法,研究江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应,尺度分为省域尺度、完整地貌单元尺度和完整地貌单元相对应的县域尺度。结果表明：(1)不同尺度下耕地土壤有机碳均值差异显著,变异系数基本不变;(2)从县域尺度到地貌单元尺度再到省域尺度,块金效应值和空间自相关距离呈增大趋势;(3)不同尺度土壤有机碳空间分布级别和面积比例差异明显,小尺度插值图信息更丰富;(4)方差分析和回归分析结果表明秸秆还田、成土母质、土壤类型、高程和土壤侵蚀对土壤有机碳空间变异存在显著影响,但不同尺度下影响程度有所差异。秸秆还田和土壤类型对土壤有机碳空间变异的影响不存在尺度效应,成土母质、高程和土壤侵蚀对其影响存在尺度效应。结果可为详细地理解不同尺度下土壤有机碳空间变异及估测土壤有机碳密度提供一定的参考依据。     

基于碳稳定同位素的滨岸草地生态系统土壤有机碳贡献研究

通过测定4种长三角地区常见的滨岸草本植物（百慕大、白花三叶草、高羊茅与白茅）所在样地中不同形态的土壤碳库含量及土壤有机碳稳定同位素丰度来探索该区域土壤碳库及碳稳定同位素分布特征,并利用稳定同位素混合模型,研究滨岸草地生态系统对土壤碳库的贡献。结果表明：（1）土壤中总碳、有机碳、溶解性有机碳含量随着深度的增加而逐渐降低。总碳、有机碳、溶解性有机碳在4种植物样带的表层土壤中,平均含量分别为2211、1144、5395 mg·kg-1;而深层土壤中则仅为1557、707、1947 mg·kg-1,远低于表层土壤中的含量。且土壤总碳、有机碳及溶解性有机碳两两之间存在极显著的正线性相关;（2）土壤有机碳稳定同位素在垂直方向上表现出C3植物δ13C值随深度增大而增大、C4植物δ13C值随深度增大而减小两种特征。两类植物的平均土壤有机稳定碳同位素δ13C值分别由表层土壤中的-2524‰、-2233‰变化为深层土壤中的-2435‰、-2327‰;（3）借助稳定同位素混合模型计算后发现：不同植物对土壤有机碳的贡献率及有机碳累积速率完全不同。其中百慕大贡献率为1219%、累积速率为6279 g·m-2·a-1;白花三叶草贡献率1434%、累积速率为7534 g·m-2·a-1;高羊茅贡献率为3595%、累积速率为18184 g·m-2·a-1;白茅贡献率为1851%、累积速率为9770 g·m-2·a-1。     

基于CA Markov的土壤有机碳储量空间格局重建研究——以泛长三角地区为例

选取了泛长三角地区的高程、坡度、坡向、GDP、人口、温度、降雨量、河流距离、城市距离和海岸线距离10个驱动因子作为土地利用变化驱动力,基于这些驱动力因子,利用Logistic分析制作土地适宜性图集;运用CA Markov模型模拟得到2000年、1995年、1990年、1985年、1980年、1975年6期的土地利用格局;采用全数检测的方法对模拟结果进行精度检验;在此基础上,得到了泛长三角地区土壤有机碳储量,进而重建历史土壤有机碳储量空间格局。研究结果表明：（1）模型模拟精度为8873%,说明CA Markov模型对历史土地利用模拟具有一定可行性;（2）泛长三角地区历史土壤有机碳储量从今往前逐期递增,且明显高于2010年土壤有机碳储量水平,1995、1990、1985、1980、1975年土壤有机碳储量分别为3235 1、3241 9、3247 6、3251 8、3255 3;（3）各时期泛长三角地区土壤有机碳储量空间格局呈现出南高北低的趋势,土地利用类型与土壤有机碳储量密切相关,城市建成区有机碳储量低于其他区域,土壤有机碳储量增加区域主要出现在其高值区周边;（4）耕地与林地面积的增加,建设用地面积减少,导致了1995~1975年间有机碳储量的增加。基于CA Markov模型可以有效重建历史土壤有机碳储量的空间格局     

长三角城市群各业用地价格的空间分布格局及影响因素

运用空间自相关及地理加权回归方法,揭示长三角城市群各业用地价格的空间分布及关联特征,并分析其影响因素的空间异质性,丰富和发展城市群地价空间分布规律的理论研究。研究结果表明:工业用地价格普遍偏低,商住地价价格较高,符合城市间土地级差收益规律,但商住倒挂现象明显;在空间分布上,工业地价从浙东南向苏北呈梯度递减,在空间上呈现显著空间正相关,表现为低值空间集聚;居住地价在空间上呈现出较强的空间正相关,具体表现为一、二线城市为高值集聚,商服地价不存在空间自相关性;人均可支配收入、公共财政支出对长三角城市群工业地价的影响空间差异显著,城市等级、国内生产总值和人均可支配收入对居住地价的影响空间差异明显,商服地价主要受到社会消费品总额、每万人公共汽车数量和公共财政支出影响。     

基于Delaunay三角网和地理加权回归的降水空间异常探测方法研究

针对目前已有的降水资料质量控制方法适应性差,降水数据难以模拟局地降水规律的问题。以湖南省为实验区域,利用1985~2014年夏季降水观测数据,定义局部地理空间内降水量发生显著偏离的气象站点为异常,发展了一种结合Delaunay三角网和地理加权回归的降水空间异常探测方法。该方法通过构建不规则三角网来获取各个区域之间稳定合理的地理邻近关系,根据空间邻近关系获取自适应回归带宽,并纳入地理加权回归模型进行计算,最后根据回归残差项的统计分布性质开展空间异常度量与分析。实验表明该方法能有效检测出降水空间异常,可应用于降水数据二次处理时的质量控制阶段,有助于进一步探索局部地理空间内的降水规律。     

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。     

浙江省碳排放时空格局及影响因素研究

利用2005~2010年浙江省各县市区的社会经济数据和能耗数据,测算了各县市区的碳排放总量、人均碳排放量和地均碳排放量,采用空间自相关方法揭示了县域尺度下相邻县市区碳排放指标的空间关联性,运用地理加权回归模型定量描述了各县市区碳排放总量影响因素的空间异质性。研究结果表明:(1)研究期内,浙江省的碳排放总量从30 486万t增加到49 559万t。人均碳排放量和地均碳排放量也均呈增长趋势,且空间差异显著。(2)各县市区碳排放总量、人均碳排放量和地均碳排放量均存在较强的空间自相关性,总体上浙北浙东呈高高集聚,浙西南呈低低集聚。(3)人口和投资是影响碳排放总量的重要因素,且存在空间异质性。投资对浙西南碳排放的影响逐渐增大。