城市建设用地扩展及其碳排放研究——以郑州市区为例

摘要

城市是人类文明的集中体现,其消耗的资源占据了社会的重要份额。因此,城市可持续发展对人类具有重大意义。在城市可持续发展中,城市土地的可持续发展占据着重要一环。但近年来城市土地资源可持续发展的相关研究大多停留在概念层面,缺少在实际规划中贯彻的理念。如果通过某些研究方法促使规划者能够预知城市发展的趋势,将有助于规划者制定最优的规划方案,对城市规划具有指导意义。城市建设用地扩展会影响到城市可持续发展的各个层面,掌握城市用地变化的空间规律、驱动机制及未来发展动向等方面,将成为城市可持续管理和城市生态安全等研究领域的关键。郑州市作为河南省的经济中心,建设用地变化迅速,因此,模拟郑州市发展趋势并预测其碳排放状况,对郑州市可持续发展具有重要意义。
　　本文即通过构建模型模拟郑州市建设用地扩展趋势,并对其碳排放进程展开核算和预测。以1995-2009年的土地利用数据为基础,本研究将多智能体、元胞自动机、环境限制模块和土地利用变化随机模块组合,构建了城市建设用地扩展模型(MCUC),研究城市建设用地扩展及其碳排放规律。1995-2009年土地利用数据分析结果显示,建设用地在过去14年呈高速扩张状态,扩展方向向东部和南部集中。MCUC模型主要采用logistic回归分析确定城市建设用地扩展与各元胞到公路、铁路、市中心、镇中心的距离及邻域开发率的关系,其结果与政府智能体、环境限制模块、随机模块共同作用,能够获取建设用地的扩展概率关系式。将该关系式应用于郑州市区对 MCUC模型进行实证分析,模拟和预测了郑州市区的城市建设用地扩展,并基于 MCUC模型和灰色预测(GM)模型对城市建设用地扩展的碳排放进行核算和预测,深入研究了建设用地扩展的碳排放发展趋势。主要研究结论包括：⑴采用ERDAS IMAGINE8.6和ArcGIS对TM遥感影像数据进行处理和解译,分析了1995年、2002年和2009年土地利用的时空变化特征,并综合多智能体、元胞自动机和GIS技术构建MCUC模型,以郑州市区为研究区对MCUC模型进行了实证分析。实证过程中将郑州市区不同时期的土地利用变化图、空间变量、邻域开发率、规划数据、地势、河流滩涂等数据进行预处理,分别输入 MCUC模型的元胞自动机模块、多智能体模块和环境限制模块,结合随机因子模块,获得了郑州市建设用地扩展的演变概率模式,并利用2002年和2009年的一系列数据验证了模型的合理性。⑵将2009年数据输入MCUC模型获得了2016年建设用地的扩展规律。结果显示,郑州市区非受限区域的建设用地将高速扩展,并且扩展速度以郑东新区最高;扩展方式与城市规划的规划方向相同,呈现向东部推进的态势,这与郑汴一体化的整体规划和目前的发展现状一致。⑶采用MCUC模型对郑州市区建设用地扩展中基于土地利用变化的碳排放进行核算和预测。研究显示,郑州市区建设用地扩展主要依靠占用耕地和林地实现。比较1995-2002年和2002-2009年两个时段,基于土地利用变化的碳排放量随时间的迁移逐渐降低,并呈现林地被占用面积减少,耕地被占用面积增多的特征。将预测得到的2009-2016年间产生的碳排放量与前两个时段相比,依然呈现下降的趋势,表明郑州市建设用地扩展中基于土地利用变化的碳排放总体显现降低的走势。⑷郑州市区建设用地扩展中基于能源消费的碳排放量在2005年到2011年之间呈现先升后降的趋势,增长的高峰期位于2009年到2010年间,下降后的碳排放量高于除高峰期外的其他年份的碳排放量。通过灰色预测模型对郑州市区基于能源消费的碳排放进行预测,显示自2009年到量2016年能源消费产生的碳排放逐年增长,且增长幅度不断扩大。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2 研究内容及意义

1.3研究思路与方法

1.4 论文章节结构

第2章 相关研究进展综述

2.1土地利用变化预测模型研究进展

2.2城市建设用地规模预测研究进展

2.3 土地利用变化的碳排放研究进展

2.4 问题与不足

2.5本章小结

第3章 郑州市区土地利用时空变化分析

3.1遥感影像预处理

3.2 土地利用变化的时空格局

3.3 本章小结

第4章 城市建设用地扩展模型设计

4.1模型原理

4. 2模型总体设计

4.3 模型开发

4.4 本章小结

第5章 郑州市区建设用地扩展模拟与预测

5.1数据预处理

5.2 模拟结果及精度评定

5.3 建设用地扩展预测

5.4 本章小结

第6章 郑州市区建设用地扩展的碳排放效应

6.1 郑州市区建设用地扩展的碳排放核算

6.2 郑州市区建设用地扩展的碳排放预测

6.3 郑州市区建设用地的碳减排对策

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1主要结论

7.2 主要创新点

7.3进一步研究的展望

参考文献

致谢

攻读博士期间的主要研究成果