CN104699969A - 一种基于碳平衡指数的城市可持续发展评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于碳平衡指数的低碳城市发展评估方法，从碳平衡的视角度量城市发展对生态环境所造成的影响。包括步骤：a、构建城市碳收支计算模型和城市碳平衡指数模型；b、计算长时间序列的城市碳源、碳汇量，推演城市碳平衡指数动态变化过程，以碳代谢的视角评估城市生态文明程度；c、分析影响城市碳平衡指数的主要因素，为制订低碳城市政策提供科学依据。本发明所建立的城市碳平衡模型及其驱动因素探究方法，通过构建碳平衡指数模型，尝试从碳排放的视角将城市发展过程人类对生态系统的影响指标化，有助于科学认识城市碳源、碳汇关系及其驱动因素，为城市碳减排提供科学支撑。

Description

一种基于碳平衡指数的城市可持续发展评估方法

技术领域

本方法属于气候变化科学、城市生态学、地理信息技术交叉的技术领域。

背景技术

目前，我国正处于快速的城市化进程中，不同类型的城市如何实现各自的“低碳化生存”，是一个非常值得关注的研究课题。控制温室气体排放是积极应对全球气候变化的重要任务，也是城市实现低碳发展、加快经济发展方式转变和推进产业转型升级的必然要求。自2010年起，国家发展和改革委员会启动了低碳省区和低碳城市试点以及省级温室气体排放清单编制工作，并在2011 年5月发布了《省级温室气体排放清单编制指南（试行）》。目前深圳、厦门等城市已经开展了城市温室气体排放清单的编制工作。并且在全国各地都掀起了建设低碳城市、低碳示范区的热潮，但仍然缺少一套科学、量化的低碳发展指标体系，对城市各领域的低碳发展状况进行客观评价，此外关于碳汇对城市生态系统影响的研究也较为缺乏。相关背景技术包括：第一以碳排放清单编制方法为基础核算碳排放；第二是通过结构分解分析（SDA）的方法进行碳排放增长因素分析。而这两种方法由于研究侧重点的局限都没有在各自方法中体现出碳汇的作用，忽略了城市建设中人类改造自然环境对整个生态系统的影响，难以有效评估城市可持续发展程度。

发明内容

本发明所建立的基于碳平衡指数的城市发展可持续性评估方法，通过构建碳平衡指数模型，尝试从碳代谢的视角将城市发展过程人类对生态系统的影响指标化，有助于科学认识城市碳源、碳汇关系及驱动因素，为城市碳减排提供科学支撑。

本发明所述问题是以下技术方案实现的：根据城市人口社会经济活动水平的碳排放率建立城市碳汇模型，根据不同用地类型的碳吸收率建立城市碳汇模型，进而结合碳源模型和碳汇模型建立碳平衡指数模型；应用上述模型计算城市长时间序列碳排放量、碳吸收量和碳平衡指数，筛选相应时间序列可能影响城市碳平衡变化的社会经济因素，应用数学方法定量分析碳平衡指数变动驱动因素。

上述方法包括以下步骤：

a、结合现有的温室气体清单编制规范，通过简化模型构建城市碳源排放量模型；

                                                 

CE _i 分别代表不同的碳源类型碳排放量，其中Si为城市社会经济活动水平，Ei为单位活动水平排放量。

b、根据不同用地类型的面积以及相应的碳吸收率构建碳汇模型；

                                                         

CS _i 分别代表不同的土地用类型碳吸收量，i代表不同的土地利用类型，A _i 代表不同土地类型面积，R _i 分别代表各种土地单位面积固碳速率，

c、整合碳源、碳汇模型构建城市碳平衡指数模型；

                                                        

碳平衡指数反映了城市复合生态系统中由于人类生产生活活动所导致的碳排放同自然生态系统碳吸收的关系。

d、收集信息，计算城市碳平衡指数动态变化过程，评估城市低碳发展过程，包括趋势评估，城市发展不同阶段分段发展评估。根据研究问题边界设定的不同，诸如碳源是否包括间接碳排，碳汇是否包括海洋碳汇等，碳平衡指数又可以衍生出多种变式，因此也可以进行多指数的动态趋势评估。

e、通过筛选建立影响城市碳平衡指数变动的社会经济指标体系，使用逐步多元回归方法探究影响碳平衡指数变动的主要因素。

附图说明

图1碳排放量变化趋势图;

图2 碳吸收量变化趋势图;

图3 碳平衡指数动态变化与城市低碳发展过程评估图。

具体实施方式

本发明以厦门为城市碳平衡指数模型及其驱动因素探究方法案例，说明城市碳平衡指数模型及其驱动因素探究方法的实施方式，具体而言，包括以下步骤：

a、 结合现有的温室气体清单编制规范，通过简化模型构建城市碳源排放量模型如下：

                                                                        (1)

CE _i 分别代表不同的碳源类型碳排放量，其中Si为城市社会经济活动水平，Ei为单位活动水平排放量。

本发明中考虑四类主要的碳源类型，分别是人体呼吸释放的碳量CE _R 、居民生活燃料碳释放量CE _D、交通运输燃料碳释放量CE _T、工业燃料碳释放量CE _I，根据公式（1），以上四类主要的碳源排碳量计算公式如下：

1. 呼吸碳排：

     CE _R =C _P ×P×365×10 ^-3                                                     (2)

其中，C _P 表示每人每天碳释放量（kg·人^-1·d^-1），P为城市人口数；

2. 居民日常生活能源碳排： CE _D =C _DC +C _DLPG +C _DE                                                                                    (3)

C _DC =G _DC ×I _RC ×C _C ×R _CO2/C                                                     (4)

C _DLPG =G _DLPG ×I _LPGC ×C _C ×R _CO2/C                                                (5)

C _DE =E _D ×I _EC ×C _C ×R _CO2/C                                                       (6)

C _DC 表示居民日常生活用煤年碳排放量(t·a^-1)，C _DLPG  居民日常生活液化石油气年碳排放量(t·a^-1)，C _DE  表示居民年生活用电总量折算标准煤量年碳排放量(t·a^-1)，G _DC  表示每年生活用原煤总量(t·a^-1)，I _RC  表示原煤折算标煤指数，G _DLPG  表示居民日常生活用液化石油气量(t·a^-1)，I _LPGC  表示液化石油气折算标煤指数，E _D  表示生活用电总量（kW·a^-1）， I _EC 表示电总量折算标准煤指数，C _C 表示标准煤含碳量，R _CO2/C  表示CO₂与碳的物质的量之比；

3. 交通碳排：

  CE _T =F _T ×I _FC ×C _C ×R _CO2/C                                                      (7)

F _T  表示年度交通耗油总量(t·a^-1)，I _FC 表示交通燃料油折算标准煤量；

4.工业能源碳排：

CE _I =C _IC +C _IF +C _ILPG +C _IE                                                      (8)

C _IC =G _IC ×I _RC ×C _C ×R _CO2/C                                                      (9)

C _IF =G _IF ×I _FC ×C _C ×R _CO2/C                                                     (10)

C _ILPG =G _ILPG ×I _LPGC ×C _C ×R _CO2/C                                                (11)

C _IE =E _I ×I _EC ×C _C ×R _CO2/C                                                     (12)

C _IC  表示工业煤炭燃烧碳排放量(t·a^-1)，G _IC 表示工业煤炭消费总量(t·a^-1)， C _IF  表示工业燃料油碳排放量（不含车船用）(t·a^-1)，G _IF  表示工业燃料油的消耗量，I _FC  表示工业燃料油折算标准煤指数，C _ILPG  表示工业液化石油气碳排放量(t·a^-1)，G _ILPG  表示工业液化石油气年消耗量(t·a^-1)，C _IE  表示工业用电年消耗量折算标准煤量碳排放量， E _I  表示每年工业用电年消耗量（kW·a^-1），I _EC  表示电总量折算标准煤指数，计算结果见图1。

b、获取城乡用地分类矢量图。采用遥感卫星影像数字化、规划现状图数字化或从国土部门直接获取等方式，获取城乡用地分类矢量图并导入地理信息系统，城市中主要的五类扮演碳汇角色的用地类型分别是湿地、水体、海域、森林和农田，

根据不同用地类型构建碳汇模型：

                                                             (13)

其中，CS_i分别代表不同的土地用类型碳吸收量，i代表不同的土地利用类型，A _i 代表不同土地类型面积，R _i 分别代表各种土地单位面积固碳速率，计算结果见图2。

c、整合碳源、碳汇模型构建城市碳平衡指数模型：

                                                                (14)

碳平衡指数反映了城市复合生态系统中由于人类生产生活活动所导致的碳排放同自然生态系统碳吸收的关系。

d、计算城市碳平衡指数动态变化过程，评估城市低碳发展过程，包括趋势评估，城市发展不同阶段分段发展评估以及多指数评估，结果见图3。

1. 趋势评估：碳平衡指数可以有效的刻画出城市发展进程中人类对于城市生态系统的影响呈现不断加剧的趋势。

2. 不同阶段发展评估：根据碳平衡指数变态特征，可以大致氛围三个阶段，阶段1：城市化早期阶段；阶段2：快速城市化阶段；阶段3：高速城市化阶段。这同厦门市城市发展的基本情况也是相吻合的。

3. 多指数评估：根据研究问题边界界定的不同，碳平衡指数又衍生出多种变式，分别是，CBI I代表包含间接碳排的厦门碳平衡指数； CBI II代表碳排不考虑间接碳排的厦门碳平衡指数； CBI III代表考虑间接碳排，不考虑海洋碳汇的厦门碳平衡指数； CBI IV代表考虑土壤碳排的厦门碳平衡指数。在此，间接碳排是指产品消费在厦门境内，但产品生产真正产生二氧化碳的环节在此范围以外，例如电力消费。

e、通过筛选建立影响城市碳平衡指数变化的社会经济指标体系（见表1），使用逐步多元回归方法探究影响碳平衡指数变动的主要因素，以厦门市为例建立的模型得出结论：机动车保有量是碳平衡系数的主要影响因素。

  机动车保有量指标具有能够同时表征源汇变化趋势的特性，一方面机动车数量的变化是由于社会经济快速发展，居民物质生活的日益丰富，更加便捷的出行方式受到越来越多的青睐，而这都是建立在能源消耗，增加碳源的基础之上的；另一方面机动车数量可以作为城市化强度的重要表征，机动车数量的变化标志着城市化程度的加剧，道路的延伸，建成区面积的扩张等一系列影响城市碳汇的变化。

表1 潜在碳平衡指数驱动因素

                                                   

 [0021] 本发明以厦门市为例，表明厦门市快速城市化导致居民生活方式的转变，尤其是出行方式的转变可以作为一个城市生态系统碳平衡变化的重要指标。

Claims (3)

1.碳平衡指数模型及其驱动因素研究方法，其特征在于包括以下步骤：

a、构建城市碳收支计算模型，计算城市碳平衡指数；

b、收集信息，推演城市碳平衡指数动态变化过程；

c、分析影响城市碳平衡指数的主要因素，评估城市低碳发展过程。

2.根据权利要求1所述的碳平衡指数模型及其驱动因素研究方法，其特征在于：从社会经济发展信息入手计算碳源；从土地利用覆被变化入手计算碳汇；推演结合碳源和碳汇特征的碳平衡指数及其动态变化过程。

3.根据权利要求1所述的碳平衡指数模型及其驱动因素研究方法，其特征在于：基于碳平衡指数评估城市低碳发展过程，包括趋势评估、城市发展不同阶段评估以及多指数评估；收集可能与城市碳平衡指数变动相关的社会经济和生态环境因素；使用统计学方法筛选影响碳平衡指数变动的关键因素。