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)文獻進行研究歸納，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)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、地形地貌分析三個方面展開。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 文獻標識碼：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，運用于評價剖析和趨勢預(yù)測的科研方向。相關(guān)研究表明通過遙感技術(shù)經(jīng)濟、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》的生效實施，人們史無前例的認識到了全球氣候變化對我們造成的危害將極為嚴重，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)境評價研究。同時政府間氣候變化專門委員會（IPCC）利用土地利用、土地利用變化和林業(yè)活動，估算碳儲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個特征指標，設(shè)計出6大類、38個小類面向碳收支的土地覆被類型，推動了我國區(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、時間分辨率的不斷提高的過程[3-4]?，F(xiàn)階段引用遙感技術(shù)進行區(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顯著增加的趨勢，同時總結(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一步的細分，導(dǎo)致估算出的碳收支結(jié)果對實踐的指導(dǎo)意義不大?；诖嗣嫦?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行更加深入細致的分類，使得區(qū)域碳收支能力的研究更加切合實際。例如郭亞鴿[8]等利用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒▽ι种脖贿M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?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，拉動了節(jié)能減排政策的實施。朱文泉[10]等人在GIS技術(shù)的支持下，利用MODIS數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個區(qū)域NPP估算模型，提高了估算森林NPP的可操作性和真實性。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。大部分專家學(xué)者認為經(jīng)濟發(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)濟發(fā)展

工業(yè)革命帶動了世界經(jīng)濟高速發(fā)展的趨勢，同時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]等人認為在中、遠期之后環(huán)境壓力與經(jīng)濟關(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)濟發(fā)展之間存在著一種脫鉤關(guān)系，并且有待進一步探討。

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]更為細致深入的探討了三個產(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，對日后區(qū)域碳收支能力的研究具有推動作用；劉玉[17]針對獨特花崗巖地形區(qū)進行區(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)的實地觀測不便、手工統(tǒng)計資料量大等問題，為日后拓寬區(qū)域碳收支能力的研究提供了強有力的技術(shù)支持。

該研究取得進展的同時也存在某些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1） 由于測算模型的不同、標準碳轉(zhuǎn)換系數(shù)不統(tǒng)一、能源消耗統(tǒng)計來源相異等問題，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)域碳收支放標準的制度性建議，可是，當今中國經(jīng)濟發(fā)展并不均衡，西部地區(qū)與東部沿海一帶的經(jīng)濟水平差距較大，統(tǒng)一劃定區(qū)域碳收支標準不利于我國部分西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，為此應(yīng)該因地制宜的給予一些補償性措施以平衡區(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)加速擴張、經(jīng)濟逐步提升、社會文明高速發(fā)展時期，隨著社會發(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，降低碳排放強度，完善節(jié)能減排工作，處理好區(qū)域碳收支的問題。

參考文獻：

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