基于系统动力学对重庆市土地利用变化的碳排放研究

摘要

二氧化碳是最重要的温室气体，温室气体对气候的影响已经成为人类生存、发展面临的挑战之一。其中土地利用方式的转变对碳总量的影响达到三分之一以上。重庆市是我国第四个直辖市，城市实体处于成长、发育阶段，具有大农村包围大城市的特点。在城市发展的过程中，存在土地利用结构分布不均，土地利用效率空间差异等问题。而土地碳排放量可以用来衡量土地利用效益的高低。因此了解土地利用方式的碳排放和碳吸收能力，不同土地利用方式上的人类活动对碳排放和碳吸收的影响，将有利于合理规划土地，控制和转变高碳排放的土地利用方式，引导低碳的生产方式等。
　　本文以重庆市1997-2010年土地利用数据和1997-2012年重庆市经济、人口、能源等数据为基础，利用SD仿真模拟的方法来计算1997-2012年重庆市不同的土地利用方式产生碳排放量。并根据16年的历史发展数据，建立系统动力学模型，模拟重庆的土地利用变化趋势和碳排放的反馈机制。根据历史数据的检验、计算，确定重庆碳汇和碳源SD模型的可靠性。并用模型预测2013-2030年的土地利用变化趋势;所对应的碳排放量的变化;不同土地利用方式的碳汇和碳源强度变化等。对模型进行灵敏度检验过后，对不同情景进行模拟分析。分别通过改变能源消耗结构、农作物种植结构、土地利用结构等来查看碳排放量的变化。
　　根据人类活动所产生的不同土地利用方式来划分碳源\碳汇系统。基于系统动力学，用间接方法计算及预测碳排放结果表明:
　　(1)从1997年到2005年重庆市是以碳汇为主的阶段，2006-2030年重庆市是以碳排放为主的阶段。碳排放量到2030年是碳汇量的5倍。建设用地承载着巨大的碳排放压力。
　　(2)建设用地是重庆市的碳排放系统。建设用地的面积年平均增长率为1.6％，建设用地碳排放的增长速度比面积增长快得多。SD模型模拟预测2020年、2030年的碳排量分别是1997年的9倍、24倍。建设用地上所承载的人类的生产活动将会越来越密集，所需的能源消耗水平由于经济、城市实体发展，只增不减。原始能源的消耗水平决定了建设用地的碳排放水平。
　　(3)耕地—农业生产系统是重庆市的碳汇系统。1997-2010年重庆市的耕地面积以年平均0.26％的速度减少。由于重庆的气候、农作物种类、种植制度的影响，重庆的农作物生长期间所产生的碳汇大于农业农资投入和畜禽的碳排放的总和。因此重庆市的耕地—农业生产模块是碳汇系统。随着农业现代化的发展，农业生产的农资投入将会加大，而农作物的产量随着科技水平的发展在未来也将增长。但农资投入碳排放增长速度要比农作物生长的碳汇快。耕地农作物生长碳汇量在1997、2010、2020、2030年分别是农业农资投入和畜禽碳排放总和的3.8、3.6、3.4、2.9倍。另外随着时代的进步，饮食结构将会对耕地—农业生产系统的碳汇量产生影响。如畜禽养殖的增加，经济作物的比重上升、粮食作物比重下降等。
　　(4)重庆市的林地、园地等是稳定的碳汇系统。林地、园地等在1997-2010年间，占总碳汇量的50％左右。在2011-2030年由于农作物产量的增加，林地、园地等的碳汇量稳定在46％左右。林地、园地等的面积稳定且重庆多山地，山林开发成本高，受人类活动影响较小。因此林地、园地等所产生的碳汇比耕地—农业生产系统所产生的碳汇更稳定。而且植物的碳汇能力随着生长周期的增加将增强。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景和研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 土地利用变化研究

1．2．2 土地利用变化对碳库影响

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路钱

1．4 系统动力学介绍

1．4．1 系统动力学的发展

1．4．2 系统动力学在国内的应用

1．4．3 系统动力学的特点

1．4．4 系统动力学建模软件

1．4．5 系统动力学建模步骤

2 研究区域概况

2．1 重庆市自然地理条件

2．2 重庆市社会经济条件

2．3 重庆市土地利用分析

2．3．1 重庆市土地利用现状

2．3．2 重庆土地利用动态

2．3．3 重庆市土地利用特点

3 仿真系统的构建

3．1 建立模型的目的

3．2 确定系统模型边界及假设

3．3 模型构建

3．3．1 建设用地的碳排放系统

3．3．2 耕地-农业生产碳源＼碳汇系统

3．3．3 园地、林地等碳汇系统

3．3．4 仿真系统的汇总模块

4 模型检验和模拟结果分析

4．1 模型检验

4．2 系统仿真结果分析

4．2．1 建设用地碳排放系统

4．2．2 耕地-农业生产系统碳源＼碳汇

4．2．3 林地、园地、草地、水域的碳汇量

4．2．4 系统的总碳源、碳汇

4．3 情景模拟分析

4．3．1 农作物种植结构调整对耕地碳汇的影响

4．3．2 能源消费结构调整对建设用地碳源的影响

4．3．3 土地利用结构调整对碳排放的影响

4．3．4 亿元单位GDP碳排放

5 结论与启示

5．1 结论

5．2 启示

5．3 研究不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文