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姚尧:精细模拟城镇空间变化及其自然资源影响助力碳中和

发布时间:2021-11-23 11:08    浏览量:104     分享:

近日,中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》“双碳”再次成为行业内的热点问题。小编将在近期陆续推出不同专家学者关于“双碳”话题的观点。

本期将为大家分享的是姚尧教授在2021第十五届规划和自然资源信息化实务论坛:“双碳”牵引智慧国土空间治理与自然资源管理协同专题会场上分享的《精细模拟城镇空间变化及其自然资源影响助力碳中和》

嘉宾简介

姚尧

中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院副教授、硕士生导师

姚尧,博士,现任中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院副教授,住建部中国城市科学研究会城市大数据专业委员会高级会员,湖北省“晨光计划”项目支撑科技人才,日本东京大学空间信息科学研究中心客座副教授,阿里巴巴集团数据技术与产品部访问学者。自2016年以来致力于在时空大数据挖掘和可计算城市空间领域开展研究,2020年获国际计算机协会ACM SIGSPATIAL中国新星奖。在中国正经历快速城镇化过程和海量大数据涌现的背景下,姚尧博士系统地开展了数据科学、地理信息系统和城市科学等多学科领域的交叉融合研究,促进了微观尺度下城市空间感知和城市变化模拟的理论创新和应用技术发展,推动了多个行业的项目成果落地应用,有效地将相关科学研究转化为大量的社会价值和商业价值。姚尧博士近五年在多源时空大数据挖掘和智能城市计算领域发表高水平论文62篇(SCI/SSCI收录53篇),其中一作/通讯36篇(含JCR 1区20篇),总计被引用1200余次,ESI高被引、高热点论文7篇(H-Index = 19)。主持和参与十余项项国家自然科学基金项目、重点研发子课题和政府企业横向课题,现有相关专利和软件著作权14项。

佳句分享

“借助空间大数据挖掘“人-地-时”三者的相互作用关系,揭示人类活动、联系和城市内部功能变化的相互作用和相关规律,是未来需要研究的重要方向。”

报告回顾

一、研究背景及意义

前所未有的城市化进程使得城市不断向外扩张,土地利用结构与布局发生变化,通过影响生态环境,间接导致碳排放增加或减少。全球已有127个国家做出“碳中和”承诺,中国也提出了力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和。

已有研究多集中在较大尺度和自然过程碳循环的影响研究,对精细尺度下的城市用地空间、不同用地碳排放特征及其影响机制的研究相对较少。

二、城镇动态变化精细模拟

将深圳市2009年和2014年土地利用数据、深圳市生态红线、深圳市城市总体规划(2014-2020)等作为研究区数据。将土地利用数据分为非建设用地、商业用地、工业用地、公共管理服务用地、居住用地5类,并采用辅助地理空间数据集作为空间变量,提出DLPS-VCA模型(带有动态地块细分策略的VCA模型)框架,用于模拟城市土地利用变化。第一步,构建元胞自动机模型MABR将地块划分为最小基本单元;第二步,采用RF探索发展适宜性;第三步,利用DLPS-VCA模型得到土地利用模拟结果。在此基础上,设计三种场景,得到三种发展场景下的未来城市土地利用模拟结果。最后,对模拟结果的精度进行评价,对模型参数敏感性进行分析,辅以驱动因素权重分析,用以挖掘城市发展的相关因素。

三、未来土地利用对自然资源影响

上述过程被封装成“城市CNN-VCA模型”。考虑不同政策导向作用,将CNN-VCA模型与构建的三种未来发展情景相结合,模拟三种情景(保持历史趋势型发展、城市规划导向型发展、生态保护红线导向型发展)下深圳市2040年的土地利用分布格局,分析比较三种情景下生态用地损失的空间分布、整体及各类生态系统服务价值损失、各区生态用地损失面积。

结果发现:

1.2015-2040期间,深圳市的总体生态系统服务呈现明显下降趋势,各类型生态系统服务价值也呈明显下降趋势。

2.在生态红线这一政策导向下,对扩张用地总量进行严格控制,且对优质生态用地进行保护,使得城市占用倾向去占用生态价值较低的未利用地。

3.水文调节是深圳市主要生态系统服务功能类型,相较而言,食物生产和原材料生产在深圳市各类型生态系统服务功能中所占比例最小。

四、地块尺度下的土地利用碳排放估算

构建城市碳排放核算与预测框架——基于土地利用预测数据提取辅助变量信息,完成场景重构;训练精细化分类模型,完成地块二级类别赋值;根据用地类型碳汇系数(反映地块土地利用的碳排放潜力),计算用地碳排放量;落计划,结合土地利用模拟现状,制定合理推进计划,助力实现“碳中和”。

实验发现,深圳市低碳排放地块与高碳排放地块不断收缩,且在2030年能实现碳达峰。

五、总结与展望

目前的研究成果还有待进一步提升,今后研究将耦合居民行为、政府决策等人文社会经济因素,以提高模拟和预测的准确性。再者,目前的碳排放估算时考虑要素不足,未来碳排放研究中将引入城市规模、空间形态、主导产业等更多影响因素,同时探究低碳约束下的城市发展情况,为实现碳中和提供规划策略和决策支持。


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