不同气候变化情景下工业产值空间化研究

摘要

由于人类长期的不合理开发利用资源，全球气候呈现出明显变暖趋势，极端事件发生频率不断增加，气候变化对自然生态和社会经济系统产生了巨大的影响和威胁。中国作为负责任的发展中大国，主动承担并制定了节能减排的目标与任务，这一举措无疑会对国民经济支柱性产业——工业产业，产生重大冲击。应对气候变化对于工业经济系统的影响，亟需厘清工业经济系统（产值）在不同气候变化情景下的空间分布趋势及特征，其难点在于目前气候数据和社会经济数据两者在时空分辨率上不匹配，难以达到较高精度的暴露度及风险评估需求。本文以中国大陆地区为研究区域，分析了不同情景下中国区域气温和降水变化特征，基于遥感反演和多源数据融合的方法构建现状工业产值公里格网数据，同时基于随机森林模型构建未来不同气候变化情景下工业产值空间化模型，用以分析不同时期不同气候变化情景下工业产值空间分布特征。论文研究结果主要有:
　　(1)基于ANSPLI模型对全国839个气象站点2000-2010年数据进行降尺度分析，同时基于CMIP5多模式耦合模型对2010-2050年气象要素数据进行降尺度分析，可知从2000-2050年，中国大陆地区的气温和降水变化明显，整体呈现增加的趋势。气温呈现自西北部地区向南部升高状态，年平均温度高值区域集中分布于南部沿海地区，低值区域集中分布于青藏高原地区;年平均降水在空间上呈现明显的南北两极差异分布，高值区分布于西藏自治区东南部与四川省、云南省交界处以及长江下游地区，而低值区主要分布于新疆自治区、内蒙古自治区、宁夏省、甘肃省等地。不同情景下，气温和降水差异较大。2010-2050年，RCP4.5和RCP8.5情景气温分别增加了1.47℃和2.19℃，降水分别增加了24.58mm和17.53mm。
　　(2)发展了一套反演现状工业产值的方法，基于遥感反演和多源数据融合模型，利用DMSP/OLS夜间灯光数据、工业用地数据、植被指数、城市化率等数据发展了一套对现状工业产值空间化的方法，并随机选取105个城市进行精度验证，2000年相对平均精度为79.78％,2010年为80.32％，同时利用城市化率数据对西部地区精度较低的地区进行修正，使得该地区平均精度提升了12.1％。因此，该方法可用于工业产值现状空间分布规律、工业用地集约度、暴露度、工业经济系统风险评估等研究。
　　(3)基于核密度估计(KDE)和探索性空间数据(ESDA)两种方法对现状工业产值进行了分析，2000-2010年工业产值核密度变化以增加为主，特别是长三角、珠三角、环渤海区域增加趋势明显，同时中部地区及东北部地区也都有部分区域核密度值显著增加，但是西部地区虽然工业产值有所增加，但是整体产值相对较低，同时部分区域还是存在工业产值核密度值降低的状态。根据探索性空间数据分析可知，2000年公里格网的工业产值在空间上具有显著的空间正相关关系，且呈现高度相似产值空间聚集性，2010年要比2000年工业产值空间差异性更加明显，同时聚集性特征也更加明显，工业产值由原本的集中密集分布逐渐转为在高密集区域周边形成面状拓展分布。
　　(4)基于随机森林模型构建了不同气候变化情景下工业产值空间化模拟模型，并利用2010年遥感反演得到的公里格网工业产值数据进行验证，模拟精度达到93.77％，因此利用该方法模拟出未来2020-2050年RCP4.5和RCP8.5情景下工业产值格网分布数据集。RCP8.5情景下的工业产值比RCP4.5情景下整体有所增加，由于气候变化影响，2010-2020年，在RCP4.5和RCP8.5两种情景下工业产值年平均增长率分别是11.57％和10.15％,相较于2010-2020年，工业产值在2030-2050年增速显著减缓，该时段两种情景下工业产值年平均增长率下降为0.724％和0.772％;虽然工业产值呈现增长的趋势，但是工业产值占比（每个栅格工业产值占总工业产值的比值）却逐年减少，RCP4.5和RCP8.5情景下的2050年工业产值占比较2010年工业产值占比有所降低，特别是中部、东部沿海、南部区域，呈现明显减少状态，RCP4.5情景下工业产值占比范围由2010年0-15.148‰下降至0-3.305‰，RCP8.5情景下由0-14.984‰降为0-3.236‰,平均占比分别下降了0.352‰和0.352‰。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究意义

1．2．1 气候变化研究现状

1．2．2 气候变化对工业经济影响的研究进展

1．2．3 经济数据空间化研究进展

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4．1 研究思路

1．4．2 论文结构

第二章 研究区概况、方法和数据

2．1 研究区概况

2．1．1 研究区自然条件概况

2．1．2 研究区经济条件概况

2．2 气候变化特征模型

2．2．1 ANUSPLIN原理

2．2．2 CMIP5多模式耦合模型

2．3 工业产值空间化

2．4．1 工业用地变化模拟方法

2．4．2 不同气候变化情景下工业产值空间化模型

2．5 数据来源与数据处理

第三章 气候变化特征分析

3．1．1 ANUSPLIN插值过程

3．1．2 2000-2010年中国气温和降水变化特征

3．2．1 RCPs情景

3．2．2 CMIP5多模式耦合

3．2．3 不同情景下气候要素空间分布特征

3．3 本章小结

第四章 工业产值空间化研究

4．1 夜光遥感数据去饱和

4．2 工业产值空间化模型构建

4．3 工业产值空间化精度验证

4．4 工业产值空间分布规律研究

4．4．1 核密度估计方法(KDE)

4．4．2 探索性空间数据方法(ESDA)

4．5 本章小结

第五章 不同气候变化情景下工业产值空间化研究

5．1 工业用地模拟

5．2 不同气候变化情景下工业产值空间化分布

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果