基于GIS-GWR的湖南省土地利用碳排放时空演变及其影响因素分析

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随着温室效应所引起的气候变暖对世界的经济、社会、生态和环境都有重大的影响,已然成为全球性的难题。自二十世纪以来,土地利用已成为除因化石燃料燃烧影响而提高空气中二氧化碳含量之外的另一个重要因素。土地利用结构的科学性、合理性除了影响城市化发展之外,也是碳排放量的重要影响因素,这促使土地利用碳排放成为碳排放研究的重要课题之一。湖南省不仅是我国实行中部崛起重要战略的省份之一,省内由长沙市、株洲市、湘潭市组成的“长株潭”城市群也是我国“两型社会”建设综合配套改革试验区。土地资源是社会经济发展的重要物质基础和资源保障,土地资源的利用与碳排放量的增减有着直接的影响关系。通过对湖南省土地利用碳排放时空差异的研究,能够得出更科学、合理、适应湖南省发展条件的土地利用类型结构,为促进“两型社会”发展,增强土地集约利用,实现低碳型土地利用有重要意义。本文以湖南省14个地级市,122个县级行政区的碳排量作为研究对象,通过IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)碳排放系数法(折标准煤系数、碳排放系数)测算出湖南省土地利用碳排放的数据,运用地理信息系统测算、空间探索性分析(EDSA)的空间自相关功能和Arcgis软件的地理回归模型(GWR)构建对湖南省土地利用碳排放的时空分异特征及其主要影响因素的影响程度进行分析。具体结论如下:(1)湖南省土地利用各地类数量普遍呈增长状态,除未利用地外,其他用地类型数量的增长量依次为草地、城镇村、交通及工矿用地、耕地、林地、其他农用地、园地、水利设施用地。其增加量分别为33.5×10~4hm~2、15.54×10~4hm~2、30.75×10~4hm~2、36.79×104hm~2、24.2×10~4hm~2、34.64×10~4hm~2、0.37×10~4hm~2,未利用地数量减少为158.98×10~4hm~2。根据土地利用动态度的计算结果来看,其中变化速度最大的是草地,其变化度的计算结果为0.2919。结合土地利用综合程度指数的计算结果来看,2005-2009年湖南省土地利用综合程度呈逐年上升趋势,处于发展期;2009-2011年处于衰退期;2011-2017年则重新回到发展期。(2)从湖南省土地利用碳排量测算结果中可以看出,耕地碳排放量稳定逐年增加,直至2017年开始下降,此前年平均增长1.68万吨;2005-2007年草地碳排放量稳定在0.22万吨,2009年后则稳定在0.03万吨;园地碳吸收量在2005-2007年呈缓慢减少状态,2007-2009年则迅速上升18.02万吨,之后则呈逐年缓慢减少状态。水利设施用地碳吸收量和未利用地碳吸收量则与园地碳吸收量增长状态相同,整体呈递减状态。林地碳吸收量波动较大,往往在稳定递减后激增。2005-2007年减少6.78万吨,但在2007-2009年间则快速增长31.58万吨;2009-2015年逐年递减,年平均递减1.57万吨,但2015-2017年则快速增长62.66万吨;建设用地的碳排放量是湖南省土地利用碳排放的主要来源,占总碳排放量的95%。在空间自相关研究中,将2010年和2017年作为样本年份,其分析结果为研究区土地碳排放量之间存在空间正相关关系,并呈现聚集分布。相较2010年,2017年的全局Moran’s I指数减少0.03,碳排放空间集聚特征减弱。其中湖南西部地区始终处于低聚集区,而湖南中部则始终处于高聚集区域,说明湖南省土地利用碳排放表现出不平衡的发展格局。(3)基于GWR模型的湖南省碳排放影响因素结果表明,总人口的回归系数的取值范围缩小,空间差异逐渐增大,可见对土地利用碳排放量的推动作用减少,但总人口的增加依然会影响碳排放量的增长;工业结构与土地碳排放量大部分呈负相关关系,回归系数的范围变化较大,影响范围呈现出越来越大的空间差异。说明工业结构虽然对土地利用碳排放量的影响较明显,但在推动碳排放量的增减上则有明显的的空间差异状态;人均能耗在GWR模型中的回归系数均为正向,但取值接近于0,且变化幅度不大,说明人均能耗对土地利用碳排放起到轻微推动作用。能源消耗取值范围变化大,区间系数正负皆有,系数间差值大,证明能源消耗对碳排放量的推动作用较大,但对土地利用碳排放的影响存在空间差异。
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