遙感技術(shù)在區(qū)域碳收支能力研究綜述

童新華+張郭秋晨+韋燕飛

摘要：氣候變化所帶來的不良影響已經(jīng)涉及到區(qū)域經(jīng)濟(jì)秩序、政治格局前景、人類生存環(huán)境以及能源發(fā)展方向等領(lǐng)域。文章通過對當(dāng)前關(guān)于RS技術(shù)在區(qū)域碳收支能力研究中的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行研究歸納，發(fā)現(xiàn)碳收支原理和主流方法是基于遙感技術(shù)對土地利用進(jìn)行系統(tǒng)分類，隨后建立碳收支模型的過程。碳收支能力的影響因素研究則集中于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、地形地貌分析三個(gè)方面展開。綜述總結(jié)歸納區(qū)域碳收支能力研究的重要性，并提出現(xiàn)階段研究中存在的問題。

關(guān)鍵詞：氣候變化；碳收支；遙感；碳收支模型

中圖分類號： S153；S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0000-00

1. 引言

隨著全球氣候變暖的日益嚴(yán)重，人類面臨到了迄今為止最重大的生態(tài)環(huán)境問題。隨著全球氣候變暖的日益嚴(yán)重，人類面臨到了迄今為止最重大的生態(tài)環(huán)境問題。氣候變化所帶來的不良影響已經(jīng)涉及到區(qū)域經(jīng)濟(jì)秩序、政治格局前景、人類生存環(huán)境以及能源發(fā)展方向等領(lǐng)域。區(qū)域碳收支能力是承載于碳排放和碳匯之上，運(yùn)用于評價(jià)剖析和趨勢預(yù)測的科研方向。相關(guān)研究表明通過遙感技術(shù)經(jīng)濟(jì)、高效地提取土地利用和地物覆被信息，成為現(xiàn)階段研究全球氣候變化的有力手段之一。[1]因此加強(qiáng)區(qū)域碳收支評估的精確性和針對性、研究區(qū)域碳收支能力估算的有效途徑，對區(qū)域碳環(huán)境的平衡和氣候變化的預(yù)測具有承上啟下的效果。

2.主要原理和方法

2.1土地分類原理

隨著《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及《京都議定書》的生效實(shí)施，人們史無前例的認(rèn)識(shí)到了全球氣候變化對我們造成的危害將極為嚴(yán)重，這其中涉及碳循環(huán)的土地利用覆

被變化就是重要因素之一。世界各國隨之高度重視針對氣候變化的土地覆被分類的研究，其中包括：歐洲環(huán)境署（EAA）為便于歐盟各國間進(jìn)行統(tǒng)一的環(huán)境監(jiān)測，提出了CORINE土地覆被分類系統(tǒng)；美國方面通過遙感技術(shù)衍生出針對森林特色植被和稀疏草地的分類體系，將其命名為Anderson分類系統(tǒng)；中國中科院提出了主要面向植被覆蓋的土地利用分類系統(tǒng)，便于我國大尺度的生態(tài)環(huán)境評價(jià)研究。同時(shí)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）利用土地利用、土地利用變化和林業(yè)活動(dòng)，估算碳儲(chǔ)量變化和溫室氣體排放。

在諸多分類系統(tǒng)的輔助下，張磊[2]等專家提出了基于碳收支的中國土地覆被分類系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合我國地物排列、監(jiān)測水平、季節(jié)變化等19個(gè)特征指標(biāo)，設(shè)計(jì)出6大類、38個(gè)小類面向碳收支的土地覆被類型，推動(dòng)了我國區(qū)域碳收支能力專題研究的發(fā)展。

2.2遙感技術(shù)

2.2.1遙感應(yīng)用于碳收支研究

遙感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了波段分辨率、空間分辨率、時(shí)間分辨率的不斷提高的過程[3-4]。現(xiàn)階段引用遙感技術(shù)進(jìn)行區(qū)域碳收支能力的研究，已經(jīng)徹底改變了傳統(tǒng)的基于碳源匯實(shí)地觀測的方法，使得區(qū)域碳收支能力的研究面積更具整體化，突破了以往獲取和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的瓶頸。例如：方精云[5]等利用遙感技術(shù)結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)研究1981-2000年中國陸地植被的碳匯情況，預(yù)測了我國森林固碳能力將會(huì)顯著增加的趨勢，同時(shí)總結(jié)了其反演模型的不確定性；Soegaar.H[6]等利用遙感技術(shù)提高了基于景觀層面碳通量的估算水平。

2.2.2針對碳收支專題的遙感分類方法

反觀現(xiàn)階段高分辨率遙感影像大量出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用的大背景下，傳統(tǒng)基于像元的分類方發(fā)法不斷面臨挑戰(zhàn)，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)階段的需求，王東生[7]等就曾在基于RS和GIS的不同土地利用方式的碳收支研究中提出，傳統(tǒng)的分類方法無法對主要土地利用類型開展進(jìn)一步的細(xì)分，導(dǎo)致估算出的碳收支結(jié)果對實(shí)踐的指導(dǎo)意義不大。基于此面向?qū)ο筮b感影像分類技術(shù)脫穎而出、推陳出新，面向?qū)ο蠓诸惣夹g(shù)可以完美地利用影像對象的空間、形狀、紋理、上下文等特征信息進(jìn)行更加深入細(xì)致的分類，使得區(qū)域碳收支能力的研究更加切合實(shí)際。例如郭亞鴿[8]等利用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒▽ι种脖贿M(jìn)行二級信息提取，并通過精度對比體現(xiàn)出面向?qū)ο蠓诸惙椒ㄏ啾葌鹘y(tǒng)分類的精確度具有很大的提高。

2.3碳收支模型

目前國內(nèi)外在區(qū)域碳收支能力的研究上早已將經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞嵘教佳h(huán)參數(shù)模型方向，大量的RS模型、GIS模型應(yīng)用于碳收支能力研究的成功案例逐漸涌現(xiàn)，已經(jīng)成為現(xiàn)階段生態(tài)碳循環(huán)相關(guān)研究的必經(jīng)之路。徐國泉[9]采用Divisia分解法建立了碳排放的因素分解模型，分析了10年間影響中國人均碳排放的主要因素，拉動(dòng)了節(jié)能減排政策的實(shí)施。朱文泉[10]等人在GIS技術(shù)的支持下，利用MODIS數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個(gè)區(qū)域NPP估算模型，提高了估算森林NPP的可操作性和真實(shí)性。國外方面，Rik Leemans[11]結(jié)合環(huán)境資源結(jié)構(gòu)模型預(yù)測分析了生物能源對全球氣候變化和區(qū)域碳循環(huán)的影響，總結(jié)了綠色能源使用和節(jié)約的相關(guān)措施。因此為增加區(qū)域碳收支能力研究的精確性和預(yù)見性，基于前人的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納其碳收支相關(guān)模型的優(yōu)劣，建立更為適宜研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀的碳收支模型顯得尤為重要。

3. 關(guān)于影響因素的研究

除了研究區(qū)域碳收支的原理與方法之外，形成區(qū)域內(nèi)碳能力差異的影響因素也是現(xiàn)階段關(guān)于碳收支能力的研究重點(diǎn)。大部分專家學(xué)者認(rèn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、地形地勢分異是三大影響碳收支能力的主導(dǎo)因素。

3.1經(jīng)濟(jì)發(fā)展

工業(yè)革命帶動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的趨勢，同時(shí)也帶來了諸多如全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境污染等人為災(zāi)害。因此，為了更為科學(xué)的探究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳收支之間的關(guān)系，環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC曲線）應(yīng)運(yùn)而生，并且隨之而來的相關(guān)研究大量開展。DeBruyn S M[12]等人認(rèn)為在中、遠(yuǎn)期之后環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)關(guān)系應(yīng)該是N形曲線，而非傳統(tǒng)觀念上的倒U形曲線。相似的結(jié)論在胡初枝[13]等結(jié)合分解分析法研究EKC模型后也有展現(xiàn)，并分析出中國自1990至2005年碳排放量總體呈現(xiàn)出N型曲線。近期國內(nèi)大量研究表明在省、市級層面上，區(qū)域碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在著一種脫鉤關(guān)系，并且有待進(jìn)一步探討。

3.2產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與區(qū)域碳收支能力的研究大都一致認(rèn)為，區(qū)域碳排放與第二第三產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)，而碳匯能力與第一產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系。李雷鳴[14]等曾在分析山東省碳排放問題時(shí)發(fā)現(xiàn)人口因素及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素對區(qū)域總碳排放量起到?jīng)Q定性的作用。而李建[15]更為細(xì)致深入的探討了三個(gè)產(chǎn)業(yè)與我國各省碳收支能力的具體關(guān)系，其研究表明區(qū)域碳排放的強(qiáng)度跟該區(qū)域第二產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)最深，第一產(chǎn)業(yè)對區(qū)域碳排放的作用最小。同時(shí)潘磊等提出了以調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳化、產(chǎn)業(yè)內(nèi)部減排等手段，解決遼寧省碳收支能力與生態(tài)環(huán)境和諧等問題，并給出了低碳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對策，得到了很好的效果。

3.3地形地勢分異

在區(qū)域碳收支能力的研究上，雖然尺度不大，但大部分區(qū)域內(nèi)仍涉及到明顯的地形地勢分異問題，從而會(huì)造成溫度、水分、植被覆蓋等因素的變化。例如黃從德[16]等人結(jié)合四川森林碳儲(chǔ)量等信息分析出海拔越高，總結(jié)出碳收支能力的影響越小，碳密度越大等特點(diǎn)，對日后區(qū)域碳收支能力的研究具有推動(dòng)作用；劉玉[17]針對獨(dú)特花崗巖地形區(qū)進(jìn)行區(qū)域碳匯能力研究，發(fā)現(xiàn)裂隙帶厚度與風(fēng)化程度干涉了區(qū)域土地利用和植被覆蓋度等情況，從而影響了花崗巖地區(qū)的碳匯強(qiáng)度。相信隨著RS和GIS技術(shù)的快速發(fā)展，更多關(guān)于特殊地形地勢的區(qū)域碳收支能力相關(guān)研究將逐步解決。

4. 總結(jié)展望

近年來，國內(nèi)外在區(qū)域碳收支能力的研究上具有長足的進(jìn)展，尤其是通過RS技術(shù)和GIS技術(shù)解決碳收支問題方面。面向?qū)ο蠓诸惣夹g(shù)的迅猛發(fā)展和空間分析技術(shù)的廣泛應(yīng)用，完全可以解決傳統(tǒng)的實(shí)地觀測不便、手工統(tǒng)計(jì)資料量大等問題，為日后拓寬區(qū)域碳收支能力的研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

該研究取得進(jìn)展的同時(shí)也存在某些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1） 由于測算模型的不同、標(biāo)準(zhǔn)碳轉(zhuǎn)換系數(shù)不統(tǒng)一、能源消耗統(tǒng)計(jì)來源相異等問題，使得同一區(qū)域的碳收支能力估算結(jié)果具有或多或少的差異，影響了區(qū)域碳收支能力研究的實(shí)用性前景，容易誤導(dǎo)區(qū)域碳收支預(yù)測分析的結(jié)果。

（2） 在區(qū)域碳收支能力的影響因素方面，大量研究主要針對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人為干擾等相關(guān)因素，而忽略了較為重要的政策性因素。相信國家政策性因素對于現(xiàn)階段區(qū)域碳收支能力的研究影響也很關(guān)鍵。

（3） 大量研究提出了不少針對統(tǒng)一劃定區(qū)域碳收支放標(biāo)準(zhǔn)的制度性建議，可是，當(dāng)今中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不均衡，西部地區(qū)與東部沿海一帶的經(jīng)濟(jì)水平差距較大，統(tǒng)一劃定區(qū)域碳收支標(biāo)準(zhǔn)不利于我國部分西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為此應(yīng)該因地制宜的給予一些補(bǔ)償性措施以平衡區(qū)域碳收支差異。

基于此，高度重視節(jié)能減排工作對于區(qū)域碳收支問題仍舊尤為重要。我國正處于工業(yè)加速擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)逐步提升、社會(huì)文明高速發(fā)展時(shí)期，隨著社會(huì)發(fā)展、人口增加、城市轉(zhuǎn)換以及人民物資豐足，我國已成為受人矚目的碳排放大國。為此中國有責(zé)任進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的科學(xué)研究，提高碳源利用效率，降低碳排放強(qiáng)度，完善節(jié)能減排工作，處理好區(qū)域碳收支的問題。

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