基于QuickBird和GIS的沈阳市城市潜在人口空间分布特征

人口是城市发展中最活跃的因素,了解城市人口分布特征对制定城市政策及城市各项设施规划布局具有重要意义.本文基于QuickBird卫星影像提取城市居住建筑信息,结合社会经济统计数据对沈阳市三环以内人口空间分布的特征进行分析.结果表明:2010年沈阳市三环以内各居住用地建筑类型的人口密度依次为:高层片块＞混合片块＞混合花园＞老式多层＞高层花园＞多层片块＞多层花园＞别墅片块＞矮房及棚户＞别墅花园;三环内居住建筑空置率高达30％以上,房地产市场存在严重过剩;沈河区的潜在人口密度在城市5区中最大,铁西区和大东区较小.基于人口重心分析测算的城市人口重心及各行政区人口重心为城市商业设施选址及基础设施规划提供了重要的参考信息.     

石灰碳汇综述

以“碳失汇”科学之谜和碳捕集与封存技术发展为背景,从石灰碳化原理、影响因素和石灰在化工、冶金、建筑以及石灰窑灰处理等领域的利用方式,综述了石灰物质流动过程的碳汇研究.结果发现: 石灰材料和环境条件是影响碳化的主要因素;石灰碳汇主要集中在化工、冶金和建筑领域;已有研究侧重分析石灰碳汇的机理、影响因素,但缺乏系统的碳汇核算方法.今后的研究工作应从以下几方面加强: 从物质流动的角度出发,建立系统完整的石灰碳汇核算方法;量化我国乃至全球的石灰碳汇量,阐明石灰生产过程中排放的CO₂抵消比例;分析石灰碳汇对碳失汇的贡献比例,明晰部分失踪碳汇;推动石灰碳捕集与封存技术发展,为我国应对气候变化国际谈判提供科学依据.     

石灰碳汇综述

以“碳失汇”科学之谜和碳捕集与封存技术发展为背景,从石灰碳化原理、影响因素和石灰在化工、冶金、建筑以及石灰窑灰处理等领域的利用方式,综述了石灰物质流动过程的碳汇研究.结果发现: 石灰材料和环境条件是影响碳化的主要因素;石灰碳汇主要集中在化工、冶金和建筑领域;已有研究侧重分析石灰碳汇的机理、影响因素,但缺乏系统的碳汇核算方法.今后的研究工作应从以下几方面加强: 从物质流动的角度出发,建立系统完整的石灰碳汇核算方法;量化我国乃至全球的石灰碳汇量,阐明石灰生产过程中排放的CO₂抵消比例;分析石灰碳汇对碳失汇的贡献比例,明晰部分失踪碳汇;推动石灰碳捕集与封存技术发展,为我国应对气候变化国际谈判提供科学依据.     

基于Barista的城市建筑景观动态变化——以沈阳市铁西区为例

基于Barista软件从高分辨率影像提取建筑物3D信息,结合ArcGIS软件,应用转移贡献率、建筑密度、建筑平均高度及建筑面积比例分析了沈阳市铁西区改造过程中建筑景观的动态变化.结果表明： 随着城市改造的进行,空地、居住、工业建筑与道路4种优势景观类型是景观变化的主体,空地、居住、商业建筑和道路面积增加,工业建筑面积减少.建筑密度降低,平均高度升高.建筑景观的区域差异明显,工业区建筑密度高于居住区,建筑平均高度低于居住区.离城市中心距离越远,建筑密度越小,建筑平均高度越低.     

辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳排放及低碳调控对策

土地利用变化引起的碳排放对全球气候变化有重要影响,调整区域的土地利用方式对适应全球气候变化具有重要的科学意义.本研究利用辽宁省碳排放/吸收参数,估算了辽宁中部城镇密集区土地利用变化的碳排放量.结果表明： 1997—2010年,碳排放量为308.51 Tg C,碳吸收量为11.64 Tg C,碳吸收量可抵消
3.8%的碳排放量.土地利用变化的净碳排放为296.87 Tg C,其中,保持用地类型不变的土地上净碳排放量是182.24 Tg C,对总排放量的贡献为61.4%;发生用地类型转换的土地上净碳排放量是114.63 Tg C,对总碳排放量的贡献为38.6%.通过量化土地利用变化和碳排放之间的映射关系可知,1997—2004年,保持建设用地不变（40.9%）和农田转为建设用地（40.6%）类型对碳源的贡献最大,农田转林地（38.6%）和保持林地不变（37.5%）类型对碳汇的贡献最大;2004—2010年,土地利用类型对碳源和碳汇的贡献类型与前一时段相同,但保持建设用地类型对碳源的贡献提高到80.6%,保持林地类型对碳汇的贡献提高到71.7%.基于不同景观变化类型的碳排放强度,我们从两方面提出低碳土地利用的调控对策：从碳减排方面,严格控制土地利用向建设用地转变,提高建设用地能源利用效率,避免对林地和水域过度开发利用;从碳增汇方面,增加森林覆盖率,实施农田、草地还林,加强对森林、水域的保护,调整农用地内部结构和科学实施农田管理.     

我国钢渣碳汇的量化分析

在全球温室气体浓度升高的背景下,如何减少碳排放、增加碳吸收是当前应对气候变化研究的热点.本研究基于我国1963—2016年粗钢产量,采用温室气体清单指南编制方法,建立了钢渣碳汇核算方法,核算了我国1963—2016年钢渣碳汇量,并进行了不确定性分析.结果表明: 1963—2016年间,我国钢渣的年碳汇量总体呈上升趋势,从3.75×10³ t C增加至1359.32×10³ t C.1963—2016年间我国钢渣累积碳汇量为15×10⁶ t C,钢渣碳汇的总不确定性约为±30.4%.钢渣年碳汇量由当年产钢渣碳汇量和历年产钢渣碳汇量两部分组成.由于钢渣结构致密,年碳化速率较小,导致1963—2016年间当年产钢渣碳汇量较小,占钢渣碳汇总量的37%;历年产钢渣碳汇量较大,占钢渣碳汇总量的63%.虽然钢渣年碳汇量不大,但长期累积碳汇量非常可观,其碳汇作用不容忽视.今后研究应细化不同环境条件下钢渣碳化速率,降低钢渣碳汇核算的不确定性;推动以钢渣为原材料的碳捕集与封存技术发展,增加有效碳汇,为我国应对气候变化国际谈判提供科技支撑.     

我国钢渣碳汇的量化分析

在全球温室气体浓度升高的背景下,如何减少碳排放、增加碳吸收是当前应对气候变化研究的热点.本研究基于我国1963—2016年粗钢产量,采用温室气体清单指南编制方法,建立了钢渣碳汇核算方法,核算了我国1963—2016年钢渣碳汇量,并进行了不确定性分析.结果表明: 1963—2016年间,我国钢渣的年碳汇量总体呈上升趋势,从3.75×10³ t C增加至1359.32×10³ t C.1963—2016年间我国钢渣累积碳汇量为15×10⁶ t C,钢渣碳汇的总不确定性约为±30.4%.钢渣年碳汇量由当年产钢渣碳汇量和历年产钢渣碳汇量两部分组成.由于钢渣结构致密,年碳化速率较小,导致1963—2016年间当年产钢渣碳汇量较小,占钢渣碳汇总量的37%;历年产钢渣碳汇量较大,占钢渣碳汇总量的63%.虽然钢渣年碳汇量不大,但长期累积碳汇量非常可观,其碳汇作用不容忽视.今后研究应细化不同环境条件下钢渣碳化速率,降低钢渣碳汇核算的不确定性;推动以钢渣为原材料的碳捕集与封存技术发展,增加有效碳汇,为我国应对气候变化国际谈判提供科技支撑.     

银川市城市生态经济系统的碳吸收与碳排放

基于生态经济学、统计学和地理学理论,借助物质流分析法(MFA)和指数平滑法(ES),并以碳汇与碳排放计算结果等为分析数据,对2006—2012年银川市生态经济系统中的碳流动进行了分析。结果表明:(1)银川市碳吸收总量为波动增长,碳排放总量保持高速增长。经济系统的碳排放量要远高于生态系统的碳吸收量,生态经济系统碳滞留量过度膨胀。(2)农田和湿地是银川市生态系统的主要碳吸收库。玉米、水稻和小麦的固碳比重较大,人工湿地、湖泊与沼泽的碳储存较多。碳汇空间受非绿色用地挤压,碳吸收量增长缓慢。能源、交通和建筑是银川市三大碳排放源。能源碳排放主要集中在原煤、原油和天然气消耗上,公路货运和施工建筑碳排放增长迅猛。(3)未来5年,银川市碳吸收预估量每年保持3.96%的增长率;碳排放预估量年均增长1140.92×104t,预估增速有所下降,碳排放量将会处于高基准、低增长阶段。银川市经济增长的生态成本较高,经济发展对生态环境的依赖较大,发展方式没有实现低碳转型。     

杭州市不同土地利用类型的树木生长和碳固存

随着全球城市化的加剧,城市作为一个受强人类活动支配的生态系统,在显著改变土地利用的同时,也改变了城市内植被的碳吸收和碳储存能力.本文选取杭州具有代表性的2个树种香樟(Cinnamomum camphora)和悬铃木(Platanus acerifolia)为研究对象,调查并测量了720株树木的胸径、株高、株距和冠幅,测量了230株样木近10年的平均轮面积增量,对城市不同土地利用类型上不同树种的碳储存和碳吸收速率进行了估算和比较.结果表明,香樟碳储存为45 kg C·m-2,悬铃木104 kg C·m-2.香樟碳吸收速率在政府机关用地上最大,住宅区最小;而悬铃木在住宅区碳吸收速率远远大干商业区和政府机构用地.冠幅是影响香樟碳吸收速率的主要影响因子,而悬铃木的碳吸收速率与冠幅相关外还受到年龄的影响.在城市土地利用类型中乔木碳吸收是野外相同年龄乔木的5倍甚至更多.     

低碳导向下土地覆被演变模拟——以深圳市为例

全球碳排放水平的不断增加引起的全球变暖越发严重,导致了严重的自然灾害和经济损失,这种失衡发展的态势促使着各个国家开始探索低碳环保的发展模式。为了探究何种土地利用组成可以更好的为低碳城市服务,以深圳市为研究区,结合2020年土地利用现状结构和2020年土地利用规划结构分别估算出碳汇最大化情景和碳排放量最小化情景下2020年各土地利用类型的数量结构,并运用FLUS模型模拟出深圳市土地利用类型在这两种情景下的空间分布特征。最后,从碳密度和碳排放视角对比这两种情景的低碳效益。研究结果如下：①碳汇最大化和碳排放最小化情景下土地利用总碳盈余均比2020年少,且碳汇最大化情景下土地利用总碳盈余最小。碳汇最大化情景下耕地、园地和林地面积增加而水域和建设用地减少,碳排放最小化情景下园地和林地面积增加来源于草地、水域和建设用地的减少,这两种低碳情景的碳汇能力增强而碳排放量减少;②碳汇最大化和碳排放最小化情景下林地明显增加故而土地利用总碳盈余均比实际情景小,而园地和草地的缩减和扩张是引起两种低碳情景碳密度和碳排放量有差异的主要原因。碳汇最大化和碳排放最小化情景下,西部和东南部主要是碳密度增加和碳排放减少的区域,而中部是碳密度减少和碳排放增加的区域。因此对中部区域进行重点调控,有利于深圳市碳中和和碳达峰的实现。研究可以为深圳的低碳发展提供规划建议,同时给其他区域的低碳规划提供参考意见。     

北京市住宅建筑生命周期碳足迹

从生命周期角度看,建筑碳足迹与能源和建材生产系统具有密切关系。随着技术的进步和节能政策的推进,中国能源的生产和使用,以及建材生产过程中的环境排放都随着时间在持续降低,这将间接地影响到建筑的环境表现。依据1990—2010年期间每5a的中国能源与建材生命周期清单数据,对北京市20年间住宅建筑系统开展生命周期评价和碳足迹核算,以揭示北京市住宅建筑系统的环境负荷变化特征。结果表明,北京市住宅建筑生命周期碳足迹随时间推移呈现降低趋势,主要来自能源系统和建材生产系统的碳减排贡献。不同结构建筑的碳足迹尽管有差异,但也呈现了相似的下降趋势。从生命周期阶段看,建筑碳足迹主要体现在建筑使用阶段和建材生产阶段。尽管建筑使用阶段的节能对于降低建筑生命周期碳足迹具有重要贡献,但节能在经济成本及环境成本方面而言是有限度的。在可持续的环境政策管理制定中,应从生命周期角度,统筹考虑协调各行业减碳的协调发展。论文同时也验证了在生命周期评价中考虑时间变量将有助于更好地利用生命周期评价结果支持环境可持续管理。结论对于城市规划的政策制定、量化环境表现是有益的。     

Estimating Materials Stocked by Land‐Use Type in Historic Urban Buildings Using Spatio‐Temporal Analytical Tools

The construction industry is an important contributor to urban economic development and consumes large volumes of building material that are stocked in cities over long periods. Those stocked spaces store valuable materials that may be available for recovery in the future. Thus quantifying the urban building stock is important for managing construction materials across the building life cycle. This article develops a new approach to urban building material stock analysis (MSA) using land‐use heuristics. Our objective is to characterize buildings to understand materials stocked in place by: (1) developing, validating, and testing a new method for characterizing building stock by land‐use type and (2) quantifying building stock and determining material fractions. We conduct a spatial MSA to quantify materials within a 2.6‐square‐kilometer section of Philadelphia from 2004 to 2012. Data were collected for buildings classified by land‐use type from many sources to create maps of material stock and spatial material intensity. In the spatial MSA, the land‐use type that returned the largest footprint (by percentage) and greatest (number) of buildings were civic/institutional (42%; 147) and residential (23%; 275), respectively. The model was validated for total floor space and the absolute overall error (n = 46; 20%) in 2004 and (n = 47; 24%) in 2012. Typically, commercial and residential land‐use types returned the lowest overall error and weighted error. We present a promising alternative method for characterizing buildings in urban MSA that leverages multiple tools (geographical information systems [GIS], design codes, and building models) and test the method in historic Philadelphia.     

京津冀城市群生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征

在全球气候变暖、城市群快速发展导致景观格局破坏与生态系统服务功能受损的背景下，研究城市群生态系统服务功能与景观格局的关系具有重要的意义。基于以上背景与前人研究，选取在中国经济社会发展中最具代表性的城市群京津冀城市群，通过遥感解译、ArcGIS 10.6制图分析及SPSS软件相关性分析等，从土地利用的角度研究其生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征，并提出相关探讨。结果表明：1）京津冀生态空间中耕地、林地、草地均为碳汇用地，2000-2018年期间用地面积排序为：耕地 > 林地 > 草地，用地面积减少量排序为：林地 > 耕地 > 草地。耕地为研究区东南半部的主导类型，林地作为区域西北半部的主导类型，草地分布呈与林地相间状态。2018年北京市内西北部大面积的林地转化为耕地。2）2000-2018年期间生态空间三种用地的年固碳量排序为：耕地 > 林地 > 草地，用地年固碳量增长量排序为耕地 > 林地 > 草地。从平均单位固碳量来说，四个时间点均表现为：林地 > 耕地 > 草地。单位固碳量区域分布差异明显且随时间变化量大。3）不同生态空间用地的固碳量与不同景观指数的相关性结果不同。耕地年总固碳量与其各景观指数没有明显相关性；林地年总固碳量与最大斑块指数（LPI）、景观形状指数形状指数（LSI）、景观百分比（PLAND）有0.01级别的显著正相关性；草地年总固碳量与斑块密度（PD）、景观百分比（PLAND）有0.05级别的显著正相关性，与景观形状指数（LSI）有0.01级别的显著正相关性；生态空间总固碳量与LSI有0.01级别的显著正相关性。最后，根据研究结果提出了相关原因讨论，同时基于固碳服务功能与景观格局的关系特征，从土地利用角度提出了京津冀生态空间土地利用优化策略，最后，根据研究结果提出了相关原因讨论，同时基于固碳服务功能与景观格局的关系特征，从土地利用角度提出了京津冀生态空间土地利用优化策略，对全球变暖之下城市群生态环境可持续发展提供了方法指导和借鉴。     

双碳战略背景下城市生态系统的碳汇功能与生物多样性可以兼得

“碳达峰、碳中和”是中国对世界的庄严承诺, 也是当前指导我国可持续发展的重要战略。碳排放的空间分布表明, 城市及其周边地区是最主要的碳排放区。随着我国的城市化进程不断推进, 如何有效减少城市碳排放、增加碳汇成为关系着双碳战略成效的关键问题。作为城市空间中唯一的自然碳汇, 城市绿地生态系统的固碳增汇作用日益突出。加强城市绿地的碳汇建设, 如果按照传统的人工营建思路, 只种植在当前情景下碳汇能力强的少数植物种则很可能会减少生物多样性。基于植物分配有限资源时存在权衡关系的生态学一般原理, 不仅选取当前情景下碳汇能力强的植物, 还要考虑适应环境变化、在未来环境下碳汇能力强的植物, 以及遭遇极端环境时有一定碳汇能力的植物。在此框架下, 选取恰当的植物多样性组合有望实现更好的城市绿地碳汇功能, 即环境稳定时碳汇能力更强, 环境变化时碳汇能力更稳, 出现极端事件时碳汇损失更小。具体的做法包括: (1)扩展绿地物种库信息, 纳入植物的碳减排能力、适应环境变化能力、应对极端变化能力等信息; (2)考虑植物在碳汇能力与应对气候变化能力之间的权衡关系, 将植物分成不同类型的组, 比如高碳汇低适应、低碳汇高适应; (3)根据不同城市的环境和未来气候变化特点, 因地制宜地选择恰当植物组合营建城市绿地; (4)开展城市绿地建设的全生命周期碳计量, 以近自然方式营建和管养城市绿地, 减少管护过程的碳排放。这些举措有助于实现城市绿地碳汇能力提升与生物多样性保护的双重目标。城市生态系统的‌结构与功能共赢, 对落实双碳战略和生态文明建设意义重大。     

秦岭山地碳中和空间服务范围及其模拟预测

在当前碳中和背景下,秦岭山地碳中和的量化及其空间服务范围的测算对于碳中和合理规划和快速实现具有重要意义。采用IUEMS （Intelligent Urban Ecosystem Management System）系统对秦岭山地的固碳量进行核算,利用DMSP/OLS （Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System）和NPP-VIIRS （Net Primary Productivity-Visible infrared Imaging Radiometer）夜间灯光数据和各地市的能源消耗数据通过模型拟合对秦岭山地碳排放量进行空间量化,基于固碳量和碳排放量得到秦岭山地空间碳中和量。利用PLUS （Patch-generating Land Use Simulation Model）模型模拟了2030和2050年的碳中和空间分布,结合常见气体扩散系数计算得到常温常压下秦岭山地碳中和对周边区域的服务范围。结果表明：2000-2020年秦岭山地固碳量呈现上升的趋势,大部分区域不同时间尺度上的固碳速率呈正向趋势,空间上秦岭山地中西部区域固碳量整体较大;对秦岭固碳量影响较大的地形特征为海拔1200m左右、斜坡、半阳坡和半阴坡;研究区内碳排放量空间上整体较低,碳排放低值区面积占到了秦岭总面积的90%,碳排放较大区域主要位于秦岭北坡的城区区域,时间上碳排放量最大值为先增加后减少的变化趋势;2000-2050年秦岭山地碳汇服务范围为174-262.63km,服务范围在空间上呈逐渐扩大趋势,2030年后其扩大程度将略有减少。     

Response to Wiedmann

This commentary is prompted by Thomas Wiedmann's “Defining (Urban) Producer and Consumer Sinks” published in this issue. In his article, Wiedmann presents a new framework for categorizing carbon sinks by borrowing practices from carbon emissions accounting and, essentially, proposing a “carbon sink footprint” model for urban inventories. While this is a valuable new concept, we argue that it is difficult to apply accurately given current knowledge and practices in urban life cycle assessment. Instead, a direct versus embodied classification based on where the sequestration service exists, not where the sink is located, is more useful from the perspective of municipal control and influence over creating and managing carbon sinks. This is ultimately important for the development of urban climate change mitigation measures.     

A bottom-up modeling of metabolism of the residential building system in China toward 2050

This study predicted the metabolic process of the residential building system in China toward 2050 by addressing the detailed provincial patterns and urban–rural disparity and the characterizing metabolisms of building materials in detail. The results show that after a rapid growth during 1980–1990, the in-use stocks of residential buildings in China are expected to slow down in around 2030, reaching 75 billion m² in 2050. Urban regions will account for 80% of total stocks, and provinces in the eastern and southern coastal areas will have the largest share. As demolition lags construction, the end-of-life residential buildings will continue to grow steadily with huge urban–rural and provincial differences, reaching 1.4 billion m² by 2050. Regarding the metabolism of building materials, the inflow of most materials will decrease after 2030, while the outflow will increase steadily toward inflow. Based on the recycling outlook of construction and demolition waste and the corresponding environmental benefit, it is indicated that under the Chinese government's ambitious planning and vigorous promotion, prior to the middle of the century, the building system has the potential to transition to a sustainable future that meets residents’ housing needs with a remarkable decreasing input of raw materials thereby notably decreasing pressures on the environment, which will significantly benefit the goal of carbon neutrality in China.     

广东韶关市公益林乔木层碳密度和碳储量研究

对韶关市公益林乔木层的优势树种和龄组的碳储量、碳密度和碳汇量进行分析。结果表明,韶关公益林乔木林碳储量为190.06 Tg,固碳总量优势树种以阔叶林为主,龄组以中幼林为主;平均碳密度为34.73 t·hm–2,随着龄组增加,树种的碳密度普遍呈增加趋势;公益林乔木林碳汇量为 23.90 万t·a–1,以中幼林的碳汇为主。提高阔叶林和中幼龄树种的单位面积蓄积量,是增加公益林有机碳储量和碳汇功能的主要途径。