基于网络模型的城市碳代谢的空间分析

Posted 2021-04-07 空间分析

文章出处：Linlin Xia, Yang Liu, Xinjing Wang,Xin Tian, Qiong Wu, Yan Zhang, Gengyuan Liu,Yan Hao.Spatial analysis of the ecological relationships of urban carbon metabolismbased on an 18 nodes network model. Journal of Cleaner Production 170(2018) 61-69.

城市地区CO₂排放占全球总温室气体排放的75%。除了一些高能耗直接排放，城市土地利用类型改变，土地覆被改变间接碳排放问题不容忽视。调整土地利用类型的空间分布，是低碳发展的一个有效策略。土地不仅承载了所有的人类大部分活动，也是碳的源头和汇点，土地覆被改变能够完全反映城市碳的排放和转变。

本文构建了18个节点的网络模型，两两节点之间存在着生态关系：开发关系（捕食关系即一个节点增另一个节点减）、共生关系（两个节点都增）、竞争关系（两个节点都减）。通过网络的量化比较和空间分析，实现城市空间优化，指导城市长期规划的制定。本文以北京市为例，但是整个方法可以适用于其它任何城市的研究。

1主要研究内容及结论

1、构建18节点空间模型

城市用地、农村用地、运输用地、工业用地，主要属于碳排放。林地、草地和水流对碳的吸收转换。网络分为自然部分和技术部分。城市碳代谢的概念模型如下所示。

18节点包括：F1, 森林; F2, 灌木; F3, 开阔树林;F4, 其它树林; G1, 高覆盖草地(覆盖率超过50%); G2, 中等草地覆被 (覆被率20%-50%); G3, 低草地覆被 (覆被率在5%- 20%); R, 农村; T,交通和工业用地; U, 城镇; W1,河流; W2, 湖和水库; W3, 间歇淹地; C1,稻田C2, 旱地. 红线: 开发关系;黄线: 竞争关系; 绿线: 共生关系)。

所有的组成部分之间关系的分布如下图所示

1990-2010开发关系总量减少，人为造成的开发关系所占比例提高很多。竞争关系一直在增多。共生关系缓慢提高。

1、所有生态关系的空间格局

1990-2010年生态关系的空间格局如下图

开发、共生、竞争关系在山区形成了重叠的格局，所有关系的总面积在2000年后急剧下降。在东南部的平原，开发关系占据了大部分地区，2005年之后，一些地区形成互利共生的关系。1990-2000，生态关系格局呈现两极分化。2000年以后，大部分的关系都被分配了东南平原，大约90%的开发关系围绕着东南平原。这种独特的模式反映了城市化过程中人工节点对其他节点的开发利用。

2、各种生态关系空间分布及其改变规律

(1)1990-2010年，开发关系空间变化如下图所示

在2000年之前，开发关系是两极分化的，位于中部和西北山区的东南部平原区域聚集的地区。2000年以后，碳流量主要集中在了东北平原的外围。从1990年到1995年，负流量更大，从2000年到2005年，在另外两段时间里，具有相反的特征。大部分开发关系一端都连着交通用或工业用地。

(2)1990-2010年，互利关系空间变化图如下

 

从1990年到2010年，互利关系的分布从整个城市逐渐缩小到东南平原。城市用地和森林、灌木等高覆盖率土地形成了相对稳定互利关系。

(3)1990-2010年，竞争关系空间分布

从1990年到2010年。竞争关系主要分布在在西北山区和外围平原,的东南部。自从1995年之后，逐渐蔓延到西北山区，形成了一个均匀分布的模式。

结论

土地利用类型分配和城市化之间矛盾日益加重，碳代谢网络分析能够确定碳流量的趋势，并对其造成的影响进行量化评价。在城市规划方面提出针对性建议，合理调整土地利用类型分布。由于网络分析重点在一个确定的土地利用类型，而不是确定的空间点，空间定位精确性不够，只能大体确定一个模糊方向。如果能够突出确定的区域，用这种方法建立一个网络，则会对城市规划指导更清晰。

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