馬新萍,李 晶,余玉洋,鄧晨暉

1 咸陽(yáng)師范學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院,咸陽(yáng) 712000 2 陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,西安 710126 3 河南師范大學(xué)旅游學(xué)院,新鄉(xiāng) 453000

“雙碳行動(dòng)”是應(yīng)對(duì)氣候變暖的國(guó)際行動(dòng)的一部分。歐盟國(guó)家是“碳中和”的首倡者,并提出要在2050年達(dá)到碳中和[1]。十四五時(shí)期,我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、推動(dòng)減污降碳協(xié)同增效、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)期[2]。根據(jù)目前碳排放情況,如何實(shí)現(xiàn)碳中和是我國(guó)降碳戰(zhàn)略的主要研究問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院的“中國(guó)碳中和框架路線圖研究”咨詢項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)碳中和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程分為排放端、固碳端以及政策推動(dòng)等部分[3]。碳中和是指人為排放的CO2(化石燃料利用和土地利用),被人為活動(dòng)(木材蓄積量、土壤有機(jī)碳、工程封存等)和自然過(guò)程(海洋吸收、侵蝕-沉積過(guò)程的碳埋藏、堿性土壤的固碳等)所吸收[4]。因此,碳排放是指人為排放的CO2(化石燃料利用和土地利用)；人為活動(dòng)(木材蓄積量、土壤有機(jī)碳、工程封存等)和自然過(guò)程(海洋吸收、侵蝕-沉積過(guò)程的碳埋藏、堿性土壤的固碳等)所吸收的碳量即碳匯量。而森林生態(tài)系統(tǒng)是碳匯比例最高的生態(tài)系統(tǒng)類型,在碳中和過(guò)程中森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯量模擬及碳中和服務(wù)范圍的定量分析具有理論及現(xiàn)實(shí)意義。

秦嶺山地是我國(guó)中部面積最大的森林生態(tài)系統(tǒng),其對(duì)周邊城市排放的碳具有顯著的中和作用。因此可以將秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)看作一個(gè)巨大的碳吸收服務(wù)器,秦嶺森林系統(tǒng)除了吸收本區(qū)域的碳之外,還能夠固定周圍多少區(qū)域范圍的碳量,針對(duì)這一問(wèn)題,可以結(jié)合CO2氣體的空氣擴(kuò)散特征,來(lái)計(jì)算碳中和的空間服務(wù)范圍,這一思路有助于我國(guó)碳中和空間均衡規(guī)劃政策的制定以及雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

目前對(duì)于固碳量的測(cè)算方法主要包括:傳統(tǒng)森林碳儲(chǔ)量計(jì)量方法、固碳模型、遙感碳計(jì)量方法三個(gè)方面。關(guān)于森林碳儲(chǔ)量測(cè)算的方式有:衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算、因子連續(xù)函數(shù)法、生長(zhǎng)方程及碳貯量生物量轉(zhuǎn)變和擴(kuò)展因子法、蓄積量法、生物量法、生物清單法[5]、分解方法-對(duì)數(shù)平均 Divisia 指數(shù)(LMDI 法)、樣地清查法以及回歸模型法等[6—7]。常用的固碳模型主要有CASA模型[8]、BIOME-BGC模型[9—10]、INVEST模型[11]、林分蓄積生物量模型等[12—13]。這些模型在固碳量化方面已經(jīng)有了較多應(yīng)用,且在生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)研究上的應(yīng)用也較廣泛,例如:固碳服務(wù)的空間流動(dòng)及格局優(yōu)化[14—15],此外還有固碳服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系[16—17]。但是這些固碳模型往往需要大量相關(guān)參數(shù)的調(diào)整,而且模型精度受氣象條件影響較大。遙感碳計(jì)量方法雖然具有更加快捷直觀準(zhǔn)確的特點(diǎn),但其技術(shù)過(guò)程還處于發(fā)展階段,其應(yīng)用還有待成熟。因此,本文采用了IUEMS中的固碳釋氧模型來(lái)計(jì)算秦嶺山地的碳匯量,該模型主要采用了凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力估算方法,該方法結(jié)合了干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為碳的轉(zhuǎn)化系數(shù)以及不同省市NEP(凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力)和NPP(凈初級(jí)生產(chǎn)力)的轉(zhuǎn)換系數(shù),同時(shí)也考慮了CO2與碳分子量之比,此方法考慮了植被固碳的過(guò)程原理,操作簡(jiǎn)單便捷,對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯量計(jì)算具有較強(qiáng)適用性。

該研究采用IUEMS系統(tǒng)中的固碳釋氧模型測(cè)算了秦嶺山地的固碳量,利用夜間燈光數(shù)據(jù)模擬了該區(qū)域的碳排放量,得到秦嶺山地的碳中和量,同時(shí)利用PLUS模型預(yù)測(cè)了秦嶺山地2030和2050年碳中和量,然后結(jié)合常用氣體擴(kuò)散系數(shù)以及空氣中CO2密度計(jì)算出秦嶺山地碳匯量的空間服務(wù)范圍,研究結(jié)果以期為碳儲(chǔ)蓄動(dòng)態(tài)變化、碳中和空間規(guī)劃提供科學(xué)基礎(chǔ),并為相關(guān)地方部門提供決策依據(jù)。

圖1 研究區(qū)概況圖Fig.1 Overview of the study area

1 研究區(qū)概況

本文的秦嶺范圍指陜西省境內(nèi)的秦嶺腹地,北以渭河為界,南至漢江干流,東西為陜西省界(圖1),秦嶺是我國(guó)南北方重要的地理界線,森林覆蓋率逐年提高,是嘉陵江、洛河等多條重要河流的發(fā)源地及關(guān)中地區(qū)主要城市的水源地,也是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障。氣候上,秦嶺以南屬亞熱帶氣候,以北屬暖溫帶氣候；其南北的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)也有顯著的差異；地形地貌類型豐富,地貌特點(diǎn)為由東向西逐漸升高、北坡山麓短急,地形陡峭,多峽谷,南坡山麓緩長(zhǎng),坡勢(shì)較緩[18]。動(dòng)植物及礦產(chǎn)資源種類繁多且產(chǎn)量較高。為周邊城市提供了豐富的生態(tài)資源,具有較高的生態(tài)價(jià)值。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

主要采用到的數(shù)據(jù)包括:NPP數(shù)據(jù)、土地利用類型地表覆蓋數(shù)據(jù)、DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)以及各類能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；其中秦嶺山地2000—2020年的NPP數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA LAADS(http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html)[19],分辨率為500m,年度NPP來(lái)自給定年份的所有8 d凈光合作用(PSN)產(chǎn)品(MOD17A2H)的總和。土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于自然資源部向社會(huì)發(fā)布的2020版30m的全球地表覆蓋數(shù)據(jù)。DMSP/OLS和NPP-VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)來(lái)源于NOAA 網(wǎng)站 NGDC 數(shù)據(jù)中心(https://www.ngdc.noaa.gov/eog/download.html),該數(shù)據(jù)自 1992 年 4 月起每月更新,其空間分辨率為500m。此外,還包括《2020年中國(guó)碳價(jià)調(diào)查報(bào)告》、《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》等其他相關(guān)資料。

2.2 IUEMS模型

IUEMS模型中的固碳量核算方法采用的是NPP法,其原理為自然生態(tài)系統(tǒng)在光合作用過(guò)程中吸收大氣中的CO2合成有機(jī)質(zhì),將碳固定在植物或土壤中,并釋放出氧氣[20]。基于該原理,固碳功能量采用的是凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力估算方法,公式為:

QCO2=MCO2/Mc×NEP

(1)

式中,QCO2為陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳量,單位:t CO2/a；MCO2/Mc為CO2與C的分子量之比,即44/12；NEP為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力,單位:t C/a。凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的計(jì)算方式為:按照各省市NEP和NPP的轉(zhuǎn)換系數(shù),根據(jù)NPP計(jì)算得到NEP:

NEP=∝×NPP×Mc/MCHO

(2)

式中,NEP為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(t C/a)；α為NEP和NPP轉(zhuǎn)換系數(shù)；NPP為凈初級(jí)生產(chǎn)力(t C/a)。Mc/MCHO為C與CHO的分子量之比。

2.3 碳排放量的計(jì)算與模擬

本文通過(guò)建立夜間燈光數(shù)據(jù)(DMSP/OLS 和NPP-VIIRS影像)與能源消費(fèi)碳排放量之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)模擬秦嶺山地的碳排放量[21]。首先對(duì)夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,由于NPP/VIIRS數(shù)據(jù)不存在燈光飽和與溢出現(xiàn)象,但未消除偶然噪聲,存在異常值,因此,采用 Zhao 等[22]提出的方法對(duì) NPP/VIIRS 數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值去除。能源消費(fèi)碳排放計(jì)算與模擬,基于陜西省10個(gè)市的能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)算其碳排放量,綜合 IPCC (2006) 確定的各類能源碳排放系數(shù),參考蘇泳嫻等[23]計(jì)算碳排放的方法,計(jì)算公式如下:

(3)

式中:i表示能源種類；Ki為能源i的 CO2排放系數(shù) (萬(wàn)t碳) /(萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤)；Ei表示能源i的消費(fèi)量,按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)(萬(wàn)t)。各類能源碳排放系數(shù)見(jiàn)參考文獻(xiàn)22,能源消費(fèi)量來(lái)自于陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒。

利用校正后的夜間燈光數(shù)據(jù)與由能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所測(cè)算的碳排放之間建立相關(guān)關(guān)系。利用陜西省地區(qū)市級(jí)界線圖對(duì)夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì),得到10個(gè)市的夜間燈光值,包括最大值、最小值、值域范圍、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、求和值等6種分區(qū)統(tǒng)計(jì)值；將各市的能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與夜間燈光值進(jìn)行線性回歸擬合,通過(guò)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)夜間燈光最大值與能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擬合程度最高,其擬合回歸參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)表1中的擬合程度較高的擬合公式計(jì)算2000、2010以及2020年陜西省的能源消費(fèi)碳排放量。表1的擬合公式中x為夜間燈光最大值,y為能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)量。

表1 碳排放模擬回歸參數(shù)

2.4 PLUS模型

PLUS(Patch-generating land use simulation)模型是斑塊生成土地利用變化模擬模型,該模型應(yīng)用一種新的分析策略,可以更好地挖掘各類土地利用變化的誘因；同時(shí)該模型包含一種新的多類種子生長(zhǎng)機(jī)制,可以更好地模擬多類土地利用斑塊級(jí)的變化；該模型與多目標(biāo)優(yōu)化算法耦合,模擬結(jié)果可以更好地支持規(guī)劃政策以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[24]。本論文主要采用PLUS模型的CARS模塊對(duì)未來(lái)的碳中和量進(jìn)行模擬,模擬過(guò)程采用了基于多類隨機(jī)斑塊種子的CA模型,也就是PLUS模型的CARS模塊,該模塊結(jié)合隨機(jī)種子生成和閾值遞減機(jī)制,使PLUS模型得以在發(fā)展概率的約束下,自動(dòng)生成時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬斑塊。多類隨機(jī)種子生成數(shù)學(xué)原理參考文獻(xiàn)[25]。

2.5 固碳服務(wù)范圍計(jì)算方法

在常溫常壓下,作為一個(gè)大型碳匯,文章結(jié)合氣體擴(kuò)散系數(shù)以及空氣中CO2的密度來(lái)計(jì)算秦嶺山地的固碳服務(wù)范圍,氣體擴(kuò)散系數(shù)表示氣體(或固體)擴(kuò)散程度的物理量。擴(kuò)散系數(shù)是指當(dāng)濃度梯度為一個(gè)單位時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的氣體量,在氣體中,如果相距1cm(或者每m)的兩部分氣體,其密度相差為1g/cm3(或者每m),則在1秒內(nèi)通過(guò)1cm2(或者m2)面積上的氣體質(zhì)量,規(guī)定為氣體的擴(kuò)散系數(shù),單位:cm2/s或者m2/s。根據(jù)氣體擴(kuò)散系數(shù)(r)和CO2密度(ρ)以及固碳量(Tc)計(jì)算得到固碳服務(wù)范圍,計(jì)算公式如下:

(4)

根據(jù)資料常溫常壓下大多數(shù)氣體的擴(kuò)散系數(shù)為10-4—10-5m2/s,空氣中CO2的密度為1.98kg/m3,因此,由固碳距離公式計(jì)算得到,當(dāng)r=10-4m2/s時(shí),Dis=0.162374×Tc；當(dāng)r=10-5m2/s時(shí),Dis=1.62374×Tc?；诖?結(jié)合固碳量,可以得到秦嶺山地的固碳服務(wù)范圍空間分布值。

3 結(jié)果與分析

3.1 秦嶺山地固碳量時(shí)空分布特征

利用IUEMS模型,輸入NPP數(shù)據(jù)以及相應(yīng)年份的LUCC數(shù)據(jù),獲得2000、2010和2020年的秦嶺碳密度空間柵格數(shù)據(jù),基于碳密度數(shù)據(jù),采用像元面積進(jìn)行換算,得到秦嶺山地固碳量空間分布圖(圖2),從圖2中可以看出,秦嶺山地固碳量最大值逐年上升；通過(guò)計(jì)算得出,秦嶺山地固碳總量也呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì),2000年固碳總量為10.86億t,2010年固碳總量為13.63億t,2020年固碳總量為14.33億t?？臻g上,固碳量較高區(qū)域分布在秦嶺山地的中西部區(qū)域,北部和南部地區(qū)固碳量相對(duì)較少。對(duì)固碳量進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)(圖3),可看出,固碳量大于5000t以上的區(qū)域面積從2000—2020年逐步升高明顯,固碳量在2000—5000t的區(qū)域面積逐步減少,說(shuō)明近20年來(lái)秦嶺山地高固碳量區(qū)域面積在不斷擴(kuò)大,森林植被的生產(chǎn)力質(zhì)量在逐年升高。

圖3 固碳量分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 The classification statistics of carbon sequestration

從圖2中的固碳速率來(lái)看,2000—2010年的固碳速率較高,2010—2020年的固碳速率有所減慢,2000—2020年的20年時(shí)間尺度上來(lái)看,其固碳速率相對(duì)較低。整體來(lái)看,秦嶺大部分區(qū)域的固碳速率都呈增加趨勢(shì),2000—2010年固碳速率為上升趨勢(shì)的面積占到96.7%,2000—2020年的固碳速率上升區(qū)域面積為96.2%,只有近十年來(lái),其固碳速率呈正趨勢(shì)的面積略有減少,為80.14%。

通過(guò)疊加地形因子,分析了固碳量與海拔、坡度、坡向的關(guān)系,從圖4中可以看出,秦嶺山地固碳量隨海拔先升高后下降,在海拔1000多米的高度固碳量最大；在坡度上,斜坡的固碳量最高,半陽(yáng)坡和半陰坡的固碳量較高。坡度坡向分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表)來(lái)源于《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》。

表2 坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 坡向分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖4 不同地形條件下的固碳量特征Fig.4 Carbon sequestration characteristics under different terrain conditions

3.2 秦嶺山地碳排放時(shí)空分布情況

文章通過(guò)建立夜間燈光數(shù)據(jù)與能源消耗數(shù)據(jù)之間的擬合模型,得到秦嶺山地2000、2010、2020年的碳排放空間分布圖(圖5)。

圖5 秦嶺山地碳排放時(shí)空分布圖Fig.5 Temporal and spatial distribution of carbon emission in Qinling mountains

從圖中可以看出,秦嶺山地碳排放量均為正值,三個(gè)時(shí)間年值中,碳排放的最低值為10.028t,碳排放低值表現(xiàn)為逐年升高的趨勢(shì),碳排放高值為逐年減少?？臻g上,秦嶺山地由于主要以林地為主,其碳排放量整體相對(duì)均較低,每一年的低值排放量基本占到總面積的90%,碳排放較高區(qū)域主要分布在北坡城市聚集地區(qū)。

3.3 秦嶺碳中和空間分布及其未來(lái)模擬

在固碳和碳排放定量的基礎(chǔ)上,用固碳量減去碳排放量得到秦嶺山地靜態(tài)碳中和量,對(duì)其進(jìn)行分級(jí)得到碳中和空間分級(jí)圖(圖6),從秦嶺山地碳中和的時(shí)空分級(jí)圖可以看出,碳中和程度較高的地區(qū)主要分布在秦嶺中西部區(qū)域,碳中和出現(xiàn)負(fù)值區(qū)域主要為北坡的部分城市區(qū)域,且負(fù)值區(qū)域面積極小。通過(guò)秦嶺山地靜態(tài)碳中和量的計(jì)算,得出2000年秦嶺所產(chǎn)生的碳在中和掉本區(qū)域的碳排放量之后還能提供102.78×104t的碳吸收量,2010年為118.78×104t,2020年為134.63×104t?？傮w上秦嶺所能固定的碳量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。由此,從結(jié)果看秦嶺山地可看作一個(gè)大型碳匯,其固碳服務(wù)就是吸收了周邊人類活動(dòng)所釋放的大量碳。

圖6 秦嶺山地碳中和時(shí)空變化圖Fig.6 Temporal and spatial variation of carbon sink in Qinling mountains

基于2000年、2010年和2020年的碳中和量結(jié)果,利用PLUS模型對(duì)2030年和2050年的碳中和量進(jìn)行模擬,模擬過(guò)程中考慮的影響因子包括海拔高程、坡度、坡向、到居民點(diǎn)距離、GDP以及人口。模擬結(jié)果見(jiàn)圖7,從圖7中可以看出未來(lái)到2030年和2050年碳中和最高值仍會(huì)升高,最低值也有所上升,其總量分別為149.07×104t和161.74×104t,相對(duì)2020年分別上升14.44×104t和27.11×104t,2030年碳中和量在5000t以上的區(qū)域占到總面積的51.88%,2050年為92.57%,由此可看出,秦嶺山地未來(lái)碳中和量仍然具有較大的升高潛力,這對(duì)于未來(lái)碳中和的實(shí)現(xiàn)具有重要作用。

圖7 2030、2050年碳中和量模擬結(jié)果Fig.7 The simulation results of carbon neutralization in 2030 and 2050

3.4 秦嶺山地碳中和空間服務(wù)范圍

秦嶺作為一個(gè)大型碳匯能夠服務(wù)周邊多少范圍的地區(qū)？根據(jù)常溫常壓下氣體的擴(kuò)散系數(shù)以及空氣中CO2濃度計(jì)算得到秦嶺碳匯的服務(wù)范圍,從計(jì)算結(jié)果看2000年的服務(wù)范圍為秦嶺周邊174km的范圍,2010年的服務(wù)范圍為周邊196.1km的范圍,2020年的服務(wù)范圍為秦嶺周邊218.64km,其輻射范圍達(dá)到了寧夏、甘肅、四川、湖北、重慶、河南、山西等地；從時(shí)間動(dòng)態(tài)上看,其服務(wù)范圍在逐年擴(kuò)大。

圖8 秦嶺山地碳中和空間服務(wù)擴(kuò)散范圍Fig.8 Diffusion range of carbon neutralization space services in Qinling mountains

圖9 秦嶺山地碳中和服務(wù)范圍及其變化程度Fig.9 Carbon neutral service range and change degree in Qinling mountains

對(duì)未來(lái)2030年和2050年碳中和服務(wù)范圍進(jìn)行模擬,得到其服務(wù)范圍分別為242.05km和262.63km,由此可看出秦嶺山地碳中和服務(wù)范圍在逐漸增大,2020—2030年間增大的程度最大,2030年后該服務(wù)范圍增大程度將有所減小。

4 討論

4.1 基于IUEMS和夜間燈光數(shù)據(jù)的固碳量和碳排放量的估算

碳中和目標(biāo)是人類面對(duì)氣候變化危機(jī)的主動(dòng)作為和共同追求[26],我國(guó)在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和的主要途徑是能源轉(zhuǎn)型,在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中存在著安全不確定性、利用經(jīng)濟(jì)性、顛覆性技術(shù)難預(yù)測(cè)性,以及轉(zhuǎn)型后可能面臨許多新的關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題,除了能源轉(zhuǎn)型,區(qū)域性碳匯的空間規(guī)劃以及固碳能力的保持及提高也是助力碳中和的重要途徑。固碳量和碳排放量的精準(zhǔn)核算方法仍然是目前需要解決的主要問(wèn)題,這一問(wèn)題也是實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ),該研究采用IUEMS系統(tǒng)對(duì)秦嶺山地的固碳量進(jìn)行了測(cè)算,與其他的固碳量計(jì)算方法相比,該系統(tǒng)更加簡(jiǎn)便快捷,便于統(tǒng)一管理核算。對(duì)于碳排放的計(jì)算,目前其他的碳排放量估算方法包括碳排放系數(shù)法[27]、IPCC參考方法[28]以及中國(guó)碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)(CEADs),但這些方法存在一定誤差以及精度有限等問(wèn)題,因此綜合多種方法,本文采用建立夜間燈光數(shù)據(jù)與能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間的擬合關(guān)系,對(duì)于碳排放量進(jìn)行了模擬和空間化,該方法適用于大中空間尺度的碳排放量的空間模擬,同時(shí)該方法目前應(yīng)用也較為廣泛,結(jié)合夜間燈光數(shù)據(jù)和能源數(shù)據(jù),其結(jié)果更符合實(shí)際。

4.2 基于固碳服務(wù)范圍研究的碳中和空間均衡化

目前對(duì)固碳服務(wù)的研究都集中在碳量及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的計(jì)算上,很少有研究考慮到其空間服務(wù)范圍,結(jié)合森林植被固碳的原理,即植被將CO2和水分轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)并釋放出氧氣,因此森林可以吸收大量CO2,這個(gè)作用就被稱作森林的固碳效應(yīng),森林所吸收的CO2則通過(guò)空氣擴(kuò)散的方式從碳源來(lái)到森林被轉(zhuǎn)化,本研究在計(jì)算過(guò)程中采用的是常溫常壓下的氣體擴(kuò)散系數(shù)和CO2密度,再結(jié)合秦嶺山地碳匯量,就可以得到秦嶺山地所能轉(zhuǎn)化多少范圍內(nèi)的CO2,由此計(jì)算出秦嶺碳匯的空間理論服務(wù)范圍。然而在實(shí)際中,擴(kuò)散系數(shù)并不是恒定的,其與解吸擴(kuò)散過(guò)程中溫度、壓力的變化有關(guān)[29],CO2在擴(kuò)散和被吸收的過(guò)程中會(huì)受到天氣變化的復(fù)雜影響,因此,未來(lái)如何將氣溫、壓力等參數(shù)考慮進(jìn)來(lái)以得到不同季節(jié)和天氣狀況下的碳中和服務(wù)范圍,這一問(wèn)題的解決對(duì)于快速實(shí)現(xiàn)碳中和十分重要。綜合以上,作者認(rèn)為實(shí)現(xiàn)碳中和不僅是總量上的達(dá)標(biāo),更要重視空間均衡化,例如我國(guó)的三北防護(hù)林不僅中和了國(guó)內(nèi)的碳排放量,在空間上也吸收和中和了國(guó)外的碳排放量,因此,碳中和空間均衡化研究能夠避免最終出現(xiàn)碳中和空間分布不均的問(wèn)題,這對(duì)于我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

5 結(jié)論

本研究采用IUEMS模型獲取了秦嶺山地固碳量空間分布,利用夜間燈光數(shù)據(jù)得到了研究區(qū)的碳排放量,將固碳量和碳排放量的差值作為碳中和量,由于秦嶺山地固碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳排放量,因此,可以將秦嶺山地看作一個(gè)大型碳匯。采用PLUS模型對(duì)秦嶺山地未來(lái)2030年和2050年的碳排放量進(jìn)行模擬預(yù)測(cè),最后根據(jù)常溫常壓下氣體擴(kuò)散系數(shù)以及空氣中CO2濃度計(jì)算得到秦嶺碳匯的空間服務(wù)范圍。得出以下結(jié)論:(1)秦嶺山地固碳總量在10.86—14.33億t,呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì),空間上80%以上的區(qū)域固碳速率在逐漸上升,對(duì)秦嶺山地固碳量影響明顯的地形因子包括:海拔1000多米、斜坡以及半陽(yáng)坡和半陰坡。(2)秦嶺山地碳排放量整體較小,空間上表現(xiàn)為低值逐漸升高,高值逐漸減少,這一定程度反映了該區(qū)域產(chǎn)能結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整對(duì)碳排放的影響。(3)秦嶺山地90%以上區(qū)域均達(dá)到碳中和,且表現(xiàn)為逐年上升趨勢(shì),未來(lái)碳中和量也將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。(4)2000—2050年的碳中和服務(wù)范圍逐年擴(kuò)大,涉及陜西周邊各省市。(5)在固碳服務(wù)范圍研究中應(yīng)考慮天氣和氣候等因素對(duì)CO2擴(kuò)散和吸收的影響,碳中和空間均衡化研究值得關(guān)注。