基于PLUS模型的2030年滹沱河流域山区段生态承载力时空格局多情景预测

为探讨滹沱河流域山区段当前及未来不同发展情景下生态承载力的时空变化,应用植被净初级生产力改进的生态足迹模型测算分析了流域2015—2020年生态承载力的时空格局变化,并借助经过精度验证的PLUS模型对2030年区域自然发展、经济发展及生态保护三种发展情景下的生态承载力时空格局进行预测。结果表明:2015—2030年滹沱河流域山区段单位面积生态承载力整体格局变化不大,但内部空间分异明显,整体呈东南及西北区域单位面积生态承载力高,而东北、西南部区域单位面积生态承载力低的特点。2015—2020年区域生态承载力总量由1.0780×10^(6)bhm^(2)增加到1.0796×10^(6)bhm^(2),呈上升趋势;2030年自然发展和经济发展情景下区域生态承载力总量分别为1.0783×10^(6)、1.0782×10^(6)bhm^(2),与2020年相比呈下降趋势,草地向耕地的转移、林地向建设用地的转移是生态承载力下降的主要原因;2030年生态保护情景下生态承载力总量为1.0802×10^(6)bhm^(2),与2020年相比呈上升趋势,耕地向林地、草地转移是区域生态承载力增加的主要原因。各类用地的生态承载力总量由高到低依次为草地>耕地>林地>建设用地>水域,生态保护情景有益于林地、草地生态承载力总量的增加,经济发展情景有益于耕地和建设用地生态承载力总量的增加,水域生态承载力总量在各种发展情景下变化较小。生态保护情景更有利于未来生态承载力的增加,符合区域未来发展方向。严格控制草地向耕地的转变以及林地向建设用地的转变,继续实施退耕还林、还草生态工程,加强区域废弃矿山生态复垦的力度,将会提高区域未来生态承载力,实现区域生态安全及经济、社会、生态的可持续发展。

福建省造纸工业碳排放的灰色关联度、Tapio脱钩分析及情景预测

随着中国2030年前“碳达峰”目标的临近,福建省高能耗、高排放的造纸工业面临严峻的碳减排压力。本研究运用灰色关联度模型,计算总资产、总资产产值率、能源强度和能源结构与CO_(2)排放之间的关联度,通过Tapio脱钩模型,确定造纸工业产出与CO_(2)排放的脱钩状态,利用STIRPAT模型,预测4种情景下CO_(2)排放量,评估福建省造纸工业2030年前实现“碳达峰”目标的潜力。结果表明:(1)福建省造纸工业的总资产、总资产产值率、能源强度和能源结构与CO_(2)排放量关联度相近,且关联性较高;(2) 2007—2021年,福建省造纸工业产出与碳排放呈现6种脱钩状态,在研究期内的大多数年份表现为强脱钩与弱脱钩状态;总资产和能源结构对碳排放起到主要的拉动作用,能源强度是碳排放脱钩的主要驱动力;(3)预测期内(2022—2030年)基准情景与快速发展情景下CO_(2)排放量快速上升,低碳发展情景下CO_(2)排放量增长率相对较低,强低碳发展情景下CO_(2)排放量呈现非常缓慢的上升趋势。最后对降低福建省造纸工业碳排放,促进造纸工业可持续发展提出建议。

基于SD-PLUS耦合模型的陕西省土地利用变化及碳储量多情景预测

[目的]为探讨不同土地利用方式对区域生态系统碳储量的影响。[方法]以陕西省为研究对象,利用SD-PLUS耦合模型,采用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)提出的耦合共享社会经济路线和代表性浓度路线(SSP-RCP)情景,对2030年陕西省的土地利用变化进行预测,然后利用InVEST模型模拟未来不同情景下陕西省碳储量及其空间分布。[结果](1)对构建的SD模型进行历史检验,其误差<5%,PLUS模型模拟的2020年土地利用Kappa指数为0.86,模型精度和可靠性总体符合要求;(2)3种情景下,未来建设用地面积均增加,增长速率从低到高的情景分别为SSP126、SSP245、SSP585;在所有情景下,林地面积均增加,水域面积均保持稳定;草地面积在SSP126情景下有小幅度增加,其他情景下减少;耕地面积3种情景下均减少;(3)3种情景下,陕西省碳储量均减少,关中平原建设用地的扩张占用大量的耕地是造成陕西省碳储量下降的主要原因。[结论]在SSP126情景下,建设用地扩张所占用的生态用地面积最小,碳储量损失最少,该情景同时考虑社会经济发展及生态保护的需要,可为未来陕西省国土资源保护和高质量发展提供参考模式。

辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测

研究生态系统服务权衡与协同关系为制定合理的区域社会-生态系统管理方案提供依据,促进区域可持续发展。太子河是维护辽宁中部城市群生态安全和用水安全的重要保障,以重工业为主的产业布局使得该区生态安全受到威胁,严重影响社会经济的可持续发展。综合气象、土地利用等多源数据,借助InVEST模型,探究太子河流域固碳、土壤保持、生境质量的时空特征;采用Pearson相关分析法,探讨不同样点尺度、不同地类上权衡与协同关系的时空变化,并对2030年不同土地利用情景进行预测。结果表明:①三种生态系统服务在各尺度上(除100m尺度)均为协同关系,且样点尺度越大,相关系数越高。②在不同地类中,耕地、林地、草地三种地类生态系统服务功能类似,以土壤保持功能为主,碳储功能其次;生态系统服务的热点区分布在流域的东部,冷点区集中在流域西部。③不同预测情景下三种生态系统服务间仍为协同关系,在保护情景下生境质量最好、水域面积最多,生态系统服务能力最高;开发情景下建设用地面积增加最多,但生境质量最差。

城市交通承载力系统动力学评估及多情景预测

为了城市交通的可持续发展,对城市交通承载力的可靠性进行评估和情景预测。重新定义了城市交通承载力,构建基于系统动力学的计算模型。以兰州市为例,对2023-2030年的未来交通在5种情景发展模式下的交通承载力进行可靠性评估和预测。结果表明:系统动力学模型具有较高的精度水平,绝对误差在3%以内。兰州市在5种设定情景下,2030年资源承载力均处于临界可靠状态;环境承载力在环境改善型时达到最高30.88,为基本可靠;社会经济承载力在综合发展时达到最大24.8,为临界可靠。分别提升交通资源和社会经济都会提升相应的子系统承载力,然而交通环境承载力却具有一定的下降趋势,这符合城市交通实际情况,验证了系统之间存在着复杂的正负反馈关系。城市交通承载力呈现出逐步提升的趋势,将在2026年以后均达到20以上,处于临界可靠区间。且综合发展型提升效果最好,2030年相比2022年增长47.2%,已接近基本可靠区间。

粤港澳大湾区能源消费碳达峰情景预测研究

本研究结合IPCC能源消费法和夜间灯光数据反演法,估算出2005-2021年粤港澳大湾区各区市的能源消费碳排放量,并基于拓展的STIRPAT预测模型,结合情景假设法和蒙特卡罗动态模拟法,模拟分析大湾区可能的碳达峰路径,进而提出针对性政策建议。研究结果显示,大湾区2005-2021年碳排放量呈现波动上升态势,其中香港地区已于2014年实现碳达峰,澳门地区碳排放量占比较小;珠三角九市自2011年呈现下降态势,2016年后又波动增长。动态模拟发现大湾区在基准情景、低碳情景、极低碳情景、产业转型情景和全低速情景下能如期甚至提前实现2030年碳达峰目标,若采取更积极的碳减排和产业转型政策可以提前实现碳达峰。

汾渭平原PM_(2.5)和O_(3)污染导致的健康效应及情景预测

细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))已成为主要大气污染物,对人体健康危害较大.本文选取大气污染防控重点区域汾渭平原作为研究区,分析2014-2021年PM_(2.5)和O_(3)浓度变化特征及其健康效应,并估算2030年实现不同减排标准的潜在健康效益.结果表明:①2014-2021年汾渭平原PM_(2.5)年均浓度呈下降趋势,而O_(3)年均浓度却呈波动上升趋势,PM_(2.5)和O_(3)复合污染天数下降趋势显著.②归因于PM_(2.5)污染的早逝人数和经济损失均呈下降趋势;而归因于O_(3)污染的早逝人数及经济损失均呈上升趋势,2021年归因于O_(3)污染的全因、呼吸系统疾病和心血管疾病早逝人数较2014分别增加了60.36%、11.94%和74.32%,经济损失增加了136.60%、65.18%和157.20%,其中西安市和洛阳市健康风险与经济损失问题相对突出.③若2030年PM_(2.5)和O_(3)年均浓度均达《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级标准限值,汾渭平原归因于PM_(2.5)和O_(3)的早逝人数较2021年将分别下降15.99%和2.71%,而随着人均可支配收入的逐年增加,健康经济损失将分别增加6.39×10^(8)元(95%CI:5.20×10^(8)~7.56×10^(8)元)和30.05×10^(8)元(95%CI:16.17×10^(8)~43.26×10^(8)元);若进一步将PM_(2.5)和O_(3)浓度降至更低,可进一步避免早逝人数的增加,且带来显著的经济效益.研究显示,汾渭平原PM_(2.5)治理有所成效,但是O_(3)污染问题凸显,其导致的健康死亡人数及经济损失均呈上升趋势,应保证达到现有标准的基础上制定更高目标标准,才能有效改善居民健康状况,并带来显著的经济效益.

南昌市土地利用碳储量变化及多情景预测

以南昌市为研究对象,基于2000-2020年5期土地利用数据,耦合In VEST和PLUS模型,研究南昌市2000-2020年和未来不同情景下的土地利用变化和碳储量的时空演变格局。结果表明,近20年南昌市土地利用变化的主要特征为建设用地面积的快速增加(+90166.26 hm^(2))和耕地面积的显著减少(-84327.95 hm^(2))。2000-2010年和2010-2020年间的土地转移面积分别占总面积的28.45%、31.51%,其中耕地转出最多,建设用地转入最多。20年间,南昌市碳储量减少7.21×10^(6)t,林地转为耕地是前10年碳储量减少的主要原因,而耕地转为建设用地则是后10年碳储量下降的主导因素。碳储量空间分布呈“东南、西北及西部高,东部、北部及中部低”的格局。与2020年相比,2040年自然增长、城镇发展和生态保护情景下,碳储量分别减少3.23×10^(6)t、5.08×10^(6)t、0.32×10^(6)t,生态保护情景有利于碳储量平衡,现有建成区发展中的接壤空间将是碳流失发生的主要区域。

基于灰色GM-BP神经网络组合模型的中国镍原矿多情景需求预测

2016年我国颁布《全国矿产资源规划(2016—2020年)》,首次将镍列为战略性矿产资源。我国是全球最大的镍消费国,但镍资源储量少,对外依存度高,科学预测镍原矿需求量对保障镍矿产业链与供应链安全具有重要的现实意义。从需求侧出发,利用灰色关联度法选取中国不锈钢产量、人均GDP、电镀行业市场规模、城镇化率、产业结构、新能源汽车产量作为镍原矿需求情景预测的驱动变量,再在灰色GM(1,1)模型预测基础上,与BP神经网络算法相结合,构建基于残差优化的GM-BP组合模型,对2025—2035年中国镍原矿需求展开多情景预测。研究结果表明:组合模型实现了对小样本非线性时间序列数据的有效预测,且比GM(1,1)模型拟合误差更小,预测精度更高;根据组合模型,2025年、2030年、2035年我国镍原矿多情景需求均值分别为182.22万t、272.08万t、395.17万t,“十四五”“十五五”“十六五”期间需求年均增长4.26%、10.54%、9.78%。镍原矿需求呈稳定上升态势,镍矿供需矛盾将进一步加剧,我国必须提高镍供应能力,降低对进口镍的依赖程度。对此,提出如下政策建议:1)推进国内不锈钢产业的转型升级,优化生产工艺和产品结构,推广新型合金材料的应用;2)加大对镍矿勘探和开发的支持力度,如鼓励矿业企业技术创新,提高勘探效率和精度,同时积极推动国际合作,吸引国外先进技术、设备进入国内市场;3)促进进口多元化,与多个供应国建立合作关系,鼓励国内企业参与海外镍矿项目。

我国采矿业能源消费碳排放驱动因素分析与情景预测

双碳背景下,采矿业减排降碳对工业领域实现碳达峰具有重要影响。本文基于全口径的经济普查,热力、电力等28种能源的终端能源消费等数据,测算了2000—2021年我国采矿业能源消费CO_(2)排放,运用LMDI法分析其驱动因素,并对2025年采矿业能源消费CO_(2)排放进行情景预测。结果表明:2000—2021年我国采矿业能源消费CO_(2)排放呈倒“V”型走势,单位产值CO_(2)排放稳步下降;行业上主要分布在煤炭采选、油气开采行业,能源类别上主要来源于电力、煤炭类能源消费;2004—2018年,产值变化效应和能源结构效应是主要增排因素,产业结构效应增排作用较弱;能源强度效应是核心减排因素但减排作用下降;排放系数效应减排作用最弱;低、中低和中排放情景难以实现2025年单位产值能耗和碳排放的下降目标,中高和高排放情景虽能实现规划目标,但难以实现碳排放总量和强度双降,因此,需要在保持能耗强度下降的同时,加大能源消费结构和产业结构调整优化力度。

基于基础情景的新疆建筑领域碳排放预测方法研究

针对新疆地域宽广,建筑节能水平差异大,缺少精准预测建筑领域碳排放、优化节能减碳的办法,提出基于基础情景分析的建筑领域碳排放预测模型。首先,根据新疆建筑领域用能现状,确定建筑用能影响的外生变量因素。其次,考虑建筑节能、绿色建筑等对未来建筑用能影响,利用情景分析法设定不同的发展情景,结合建筑规模预测和经济发展模式,测算城镇居住建筑、公共建筑、农村住宅和集中供热模块用能需求。最后,通过用能统计、能碳转换得到基础情景下建筑碳排放总量。基础情景下的预测结果表明,该方法能够有效预测未来碳排放趋势。

气候变化情景下北江流域骤发干旱特征变化预测

以北江流域为研究对象,利用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型与CMIP5全球气候模式耦合构建了流域水循环模型,基于模型输出的蒸发和潜在蒸发数据,构建基于SESR指数的骤发干旱(简称骤旱)识别方法,评估2021—2050年三种排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)骤旱特征(频次、历时、强度)相对于基准期(1971—2000)的变化及不确定性。结果表明,在RCP情景下:(1)流域呈持续增暖趋势,且排放情景越高升温幅度越大,降水、蒸发和潜在蒸发呈总体呈减小趋势,但潜在蒸发减小幅度小于蒸发;(2)骤旱频次在流域西部(东部)减少(增加),且增幅随排放情景上升而增大(<80%),流域东北部和南部预计会遭遇强度更高、历时更长的骤旱过程;(3)不同骤旱特征预测的不确定性差异较大,且均呈现出较强的空间异质性。

河南省能源消费碳排放分析与情景预测

通过LMDI法对2002~2021年间河南省能源消费碳排放的影响因素进行分析,运用Tapio脱钩模型判断河南国民经济增长与碳排放量之间的脱钩关系,并分情景预测了河南省2021~2035年间能源消费的碳排放量。结果显示:河南省碳排放增加的主要原因是经济规模效应,而对碳排放有显著抑制作用的是能源强度效应。2003~2021年,河南省经济发展与碳排放的关系总体呈从弱脱钩向强脱钩的转变,2020年为增长负脱钩。低碳情景在保证经济发展的同时,可以实现2030年前碳达峰,是河南省较为理想的发展模式。

基于LEAP模型的县域碳达峰情景预测分析

县域是我国资源禀赋最丰富的区域,也是新型城镇化和农业现代化的耦合点。在推进碳达峰碳中和的过程中,县域的生态功能举足轻重。县域兴衰关系着我国发展全局,推动县域经济高质量发展是时代赋予的使命。本文以某县为研究区,利用长期能源替代规划系统(Long-range Energy Alternatives Planning system,LEAP)构建适用于县域的碳达峰预测模型,分析县域碳达峰情景,对重点领域进行碳达峰预测。未来,县域要因地制宜,多措并举,以高质量发展推进碳达峰碳中和,以降碳为抓手,实现绿色低碳发展。

基于CLUE-S模型的吴忠市土地利用时空演变及多情景模拟预测

【目的】研究不同情景下的未来土地利用时空演变格局,为合理利用土地资源、科学规划国土空间开发格局和区域高质量发展提供助力。【方法】研究团队以宁夏回族自治区吴忠市为研究对象,选取2000年、2010年和2020年3期土地利用数据,运用土地利用转移矩阵、CLUE-S模型,分析研究区2000—2020年土地利用变化特征,模拟自然增长情景、生态保护情景和经济增长情景下2030年吴忠市土地利用演变特征。【结果】1)2000—2020年吴忠市草地面积占比最大,其次是耕地和未利用地,建设用地面积不断增长;建设用地面积变化最快,并以耕地转化为建设用地为主。2)2030年建设用地面积在自然增长情景下将会减少,生态保护情景下林地面积增幅较大,经济增长情景下各土地利用类型变化较小。3)在3种情景下,吴忠市2030年土地利用结构仍然以耕地、林地、草地为主,建设用地面积在生态保护情景和经济增长情景下将呈增长的趋势,在自然增长情景下将呈减少趋势。【结论】生态保护情景下的预测结果更符合国土空间规划要求和经济社会发展的需求。该研究成果对推动吴忠市未来土地利用格局规划具有重要意义。

基于PLUS和InVEST模型的重庆市碳储量时空演化及情景预测

土地利用和覆盖变化(land use and cover change,LUCC)是影响陆地生态系统碳储量变化的重要因素。本研究采用重庆市土地利用栅格数据、驱动因素栅格数据和碳密度数据,耦合PLUS模型和InVEST模型,模拟2030年重庆市在自然发展(natural deuelopment,ND)、生态保护(ecological protection,EP)、耕地保护(farmland protection,FP)情景下的土地利用覆盖变化;评估重庆市2000—2030年土地利用变化带来的碳储量效应。研究表明:2000—2020年,重庆市约有20.92%的土地利用发生了变化;有林地和建设用地是主要的转入者;重庆市“两群”地区碳储量较高,“一区”地区碳储量较低;2010—2020年林地面积扩张和林地质量提升导致碳储量显著上升。3种模拟情景下,2030年重庆市有林地、建筑用地覆被和总碳储量都有增长,但增长水平低于2010—2020年;生态保护情景明显提高了林地面积和质量,碳储量增加最多;耕地保护情景提高了耕地面积,有效防止了耕地流失,但导致了林地面积减少,碳储量增加最少;不同情境下,重庆市2020—2030碳固持的碳市场交易价值与碳排放社会成本存在显著差异,需配套增加碳交易的财政补助。以重庆市为例,将林地细分为3类林业用地,评估林地质量提升导致的碳储量变化,能更加准确地反映重庆市碳储量变化。该研究有助于为城市土地利用结构优化提供理论依据,促进双碳战略实现。

黄河流域生态系统服务评估与多情景预测——以宁夏段为例

生态系统服务评估与预测对于区域生态保护和高质量发展具有重要意义。以黄河流域宁夏段为例,基于土地利用、气候、地形和社会经济等多源数据,结合PLUS模型和当量因子法,对宁夏2020—2030年多种情景下的生态系统服务价值进行了评估和预测。结果表明:①PLUS模型模拟的Kappa系数为0.854,总精度为0.902,所建模型适用于宁夏土地利用模拟预测;②所有土地利用类型的敏感性指数均小于1.000,说明生态系统服务价值计算结果的可信度较高;③2020年宁夏生态系统服务总价值整体减少了41.401亿元,不同情景下的总价值均有所减少;④2030年生态保护情景下的总价值最高,为1482.725亿元,在城市发展情景下最低,为1467.733亿元;⑤整体来说,宁夏以生态保护情景最为适宜,但是不同地级市并不完全适用于生态保护情景,需要因地施策。

中国省域能源消费二氧化碳排放状态分析与情景预测

各省份积极贯彻落实碳达峰行动,有条件的地区率先达峰是我国实现2030年前碳达峰目标的关键。构建CO_(2)排放状态定量判断模型分析省域碳排放状态,并运用支持向量机多情景预测2019—2035年27个省份的能源消费碳排放量与碳达峰时间。能源“双控”指标将27个省份分为高消费高强度、高消费低强度、低消费低强度与低消费高强度的四个区域,分析每个区域的碳达峰与能源“双控”指标的关系。研究结果显示:(1)将“碳达峰”看作一个过程,目前我国6个省份处于下降期,4个平台期与17个上升期;(2)在低碳情景下各省份的碳排放水平最低,碳达峰进展最顺利,21个省份将在2030年前实现碳达峰。(3)从整体上看高消费高强度与低消费低强度区域能源“双控”进展更顺利,高消费低强度与低消费低强度区域“碳达峰”进程更快。能源“双控”与控制碳排放增长密切相关。为此,针对不同区域的能源“双控”进展与碳排放状态提出参考建议。

海域利用驱动下庄河口黑脸琵鹭环境容纳量情景预测

庄河口是黑脸琵鹭在全球仅有的两处繁殖地之一,是全球黑脸琵鹭的重要栖息地,庄河口黑脸琵鹭的保护对全球黑脸琵鹭种群数量的恢复发挥着重要作用。基于庄河口黑脸琵鹭与全球黑脸琵鹭数量及围填海等海域利用面积的相关性分析,构建了黑脸琵鹭数量与滩涂湿地面积关系模型,并对庄河口4种不同海域利用情景驱动下黑脸琵鹭的环境容纳量进行预测,为庄河口黑脸琵鹭的保护提供基础支撑。

西南地区生态系统服务供需历史变化与SSP-RCP情景预测

生态系统服务的供需平衡对实现可持续发展至关重要。为了更好地了解过去气候变化和社会经济发展对生态系统服务的影响,并对未来不同气候和社会经济发展情景做出正确响应,有必要对生态系统服务的供需变化进行系统的评估和预测。研究对我国西南地区2000、2010、2015年的水源涵养、食物生产和固碳3项生态系统服务的供给和需求进行了定量的空间评估,然后基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)提出的社会经济发展和气候变化联合情景框架,即SSP-RCP情景(Shared Socio-economic Pathways-Representative Concentration Pathways),对此3项生态系统服务在未来2035年和2050年的供给和需求进行了SSP1-RCP2.6、SSP2-RCP4.5、SSP4-RCP6.0和SSP5-RCP8.5 4个情景下的预测。结果显示,西南地区水源涵养和固碳服务的供给和需求具有显著的空间不匹配特征,且其需求从2000—2015年分别增长了11.49%和252.41%。根据SSP-RCP情景预测结果,水源涵养供给服务受到不同情景下气候变化的影响最大,而固碳服务面临的不确定性最大。4个情景中,SSP5-RCP8.5情景下各项生态系统服务从2035—2050年的变化最为剧烈,而SSP1-RCP2.6和SSP2-RCP4.5情景下各项生态系统服务的变化相对较小。采用了一套系统地评估生态系统服务供给和需求的方法,对生态系统服务供需的定量化研究具有指示意义,并创新地应用了SSP-RCP情景框架,综合考虑了未来不同情景下的气候变化和社会经济发展,对生态系统服务供需进行了预测。