遙感技術在區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涉及到區域經濟秩序、政治格局前景、人類生存環境以及能源發展方向等領域。文章通過對當前關于RS技術在區域碳收支能力研究中的相關文獻進行研究歸納，發現碳收支原理和主流方法是基于遙感技術對土地利用進行系統分類，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濟發展、產業結構、地形地貌分析三個方面展開。綜述總結歸納區域碳收支能力研究的重要性，并提出現階段研究中存在的問題。

關鍵詞：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環境問題。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環境問題。氣候變化所帶來的不良影響已經涉及到區域經濟秩序、政治格局前景、人類生存環境以及能源發展方向等領域。區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測的科研方向。相關研究表明通過遙感技術經濟、高效地提取土地利用和地物覆被信息，成為現階段研究全球氣候變化的有力手段之一。[1]因此加強區域碳收支評估的精確性和針對性、研究區域碳收支能力估算的有效途徑，對區域碳環境的平衡和氣候變化的預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：歐洲環境署（EAA）為便于歐盟各國間進行統一的環境監測，提出了CORINE土地覆被分類系統；美國方面通過遙感技術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；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，便于我國大尺度的生態環境評價研究。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活動，估算碳儲量變化和溫室氣體排放。

在諸多分類系統的輔助下，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，該系統結合我國地物排列、監測水平、季節變化等19個特征指標，設計出6大類、38個小類面向碳收支的土地覆被類型，推動了我國區域碳收支能力專題研究的發展。

2.2遙感技術

2.2.1遙感應用于碳收支研究

遙感技術的發展經歷了波段分辨率、空間分辨率、時間分辨率的不斷提高的過程[3-4]。現階段引用遙感技術進行區域碳收支能力的研究，已經徹底改變了傳統的基于碳源匯實地觀測的方法，使得區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計數據的瓶頸。例如：方精云[5]等利用遙感技術結合相關數據研究1981-2000年中國陸地植被的碳匯情況，預測了我國森林固碳能力將會顯著增加的趨勢，同時總結了其反演模型的不確定性；Soegaar.H[6]等利用遙感技術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

反觀現階段高分辨率遙感影像大量出現并廣泛應用的大背景下，傳統基于像元的分類方發法不斷面臨挑戰，已經難以滿足現階段的需求，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，導致估算出的碳收支結果對實踐的指導意義不大。基于此面向對象遙感影像分類技術脫穎而出、推陳出新，面向對象分類技術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]等利用面向對象的分類方法對森林植被進行二級信息提取，并通過精度對比體現出面向對象分類方法相比傳統分類的精確度具有很大的提高。

2.3碳收支模型

目前國內外在區域碳收支能力的研究上早已將經驗模型提升到碳循環參數模型方向，大量的RS模型、GIS模型應用于碳收支能力研究的成功案例逐漸涌現，已經成為現階段生態碳循環相關研究的必經之路。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，拉動了節能減排政策的實施。朱文泉[10]等人在GIS技術的支持下，利用MODIS數據構建了一個區域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]結合環境資源結構模型預測分析了生物能源對全球氣候變化和區域碳循環的影響，總結了綠色能源使用和節約的相關措施。因此為增加區域碳收支能力研究的精確性和預見性，基于前人的經驗總結歸納其碳收支相關模型的優劣，建立更為適宜研究區域土地利用現狀的碳收支模型顯得尤為重要。

3. 關于影響因素的研究

除了研究區域碳收支的原理與方法之外，形成區域內碳能力差異的影響因素也是現階段關于碳收支能力的研究重點。大部分專家學者認為經濟發展、產業結構、地形地勢分異是三大影響碳收支能力的主導因素。

3.1經濟發展

工業革命帶動了世界經濟高速發展的趨勢，同時也帶來了諸多如全球氣候變化、生態環境污染等人為災害。因此，為了更為科學的探究經濟發展與碳收支之間的關系，環境庫茲涅茨曲線（EKC曲線）應運而生，并且隨之而來的相關研究大量開展。DeBruyn S M[12]等人認為在中、遠期之后環境壓力與經濟關系應該是N形曲線，而非傳統觀念上的倒U形曲線。相似的結論在胡初枝[13]等結合分解分析法研究EKC模型后也有展現，并分析出中國自1990至2005年碳排放量總體呈現出N型曲線。近期國內大量研究表明在省、市級層面上，區域碳排放與經濟發展之間存在著一種脫鉤關系，并且有待進一步探討。

3.2產業結構

產業結構與區域碳收支能力的研究大都一致認為，區域碳排放與第二第三產業息息相關，而碳匯能力與第一產業緊密聯系。李雷鳴[14]等曾在分析山東省碳排放問題時發現人口因素及產業結構因素對區域總碳排放量起到決定性的作用。而李建[15]更為細致深入的探討了三個產業與我國各省碳收支能力的具體關系，其研究表明區域碳排放的強度跟該區域第二產業關聯最深，第一產業對區域碳排放的作用最小。同時潘磊等提出了以調整產業結構低碳化、產業內部減排等手段，解決遼寧省碳收支能力與生態環境和諧等問題，并給出了低碳產業結構化的經濟發展對策，得到了很好的效果。

3.3地形地勢分異

在區域碳收支能力的研究上，雖然尺度不大，但大部分區域內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]等人結合四川森林碳儲量等信息分析出海拔越高，總結出碳收支能力的影響越小，碳密度越大等特點，對日后區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進行區域碳匯能力研究，發現裂隙帶厚度與風化程度干涉了區域土地利用和植被覆蓋度等情況，從而影響了花崗巖地區的碳匯強度。相信隨著RS和GIS技術的快速發展，更多關于特殊地形地勢的區域碳收支能力相關研究將逐步解決。

4. 總結展望

近年來，國內外在區域碳收支能力的研究上具有長足的進展，尤其是通過RS技術和GIS技術解決碳收支問題方面。面向對象分類技術的迅猛發展和空間分析技術的廣泛應用，完全可以解決傳統的實地觀測不便、手工統計資料量大等問題，為日后拓寬區域碳收支能力的研究提供了強有力的技術支持。

該研究取得進展的同時也存在某些不足，主要表現在以下幾方面：

（1） 由于測算模型的不同、標準碳轉換系數不統一、能源消耗統計來源相異等問題，使得同一區域的碳收支能力估算結果具有或多或少的差異，影響了區域碳收支能力研究的實用性前景，容易誤導區域碳收支預測分析的結果。

（2） 在區域碳收支能力的影響因素方面，大量研究主要針對經濟發展、產業結構、人為干擾等相關因素，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階段區域碳收支能力的研究影響也很關鍵。

（3） 大量研究提出了不少針對統一劃定區域碳收支放標準的制度性建議，可是，當今中國經濟發展并不均衡，西部地區與東部沿海一帶的經濟水平差距較大，統一劃定區域碳收支標準不利于我國部分西部地區的經濟發展，為此應該因地制宜的給予一些補償性措施以平衡區域碳收支差異。

基于此，高度重視節能減排工作對于區域碳收支問題仍舊尤為重要。我國正處于工業加速擴張、經濟逐步提升、社會文明高速發展時期，隨著社會發展、人口增加、城市轉換以及人民物資豐足，我國已成為受人矚目的碳排放大國。為此中國有責任進行相關內容的科學研究，提高碳源利用效率，降低碳排放強度，完善節能減排工作，處理好區域碳收支的問題。

參考文獻：

【1】趙榮欽， 黃賢金. 基于能源消費的江蘇省土地利用碳排放與碳足跡 [J][J]. 地理研究， 2010， 29（9）： 1639-1649.

【2】張磊， 吳炳方， 李曉松， 等. 基于碳收支的中國土地覆被分類系統[J]. 生態學報， 2014， 34（24）： 7158-7166.

【3】赫英明， 王漢杰， 張洪峰. 遙感數據的土地覆蓋分類[J]. 解放軍理工大學學報： 自然科學版， 2011， 12（3）： 294-300.