王 亮

(1.中國礦業(yè)大學 環(huán)境與測繪學院, 江蘇 徐州220082;2.鹽城師范學院, 江蘇 鹽城224051; 3.江蘇沿海開發(fā)研究院, 江蘇 鹽城224051)

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基于灰色關聯(lián)的鹽城市城市建設用地碳排放協(xié)調(diào)發(fā)展研究

王 亮1,2,3

(1.中國礦業(yè)大學 環(huán)境與測繪學院, 江蘇 徐州220082;2.鹽城師范學院, 江蘇 鹽城224051; 3.江蘇沿海開發(fā)研究院, 江蘇 鹽城224051)

隨著新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化深入推進發(fā)展，城市建設用地開發(fā)利用呈現(xiàn)出膨脹式的擴展，特別是在“高消耗、高排放、高污染”的城市發(fā)展模式下，不僅造成碳排放量快速增長，而且造成城市土地的“碳匯”功能減弱，致使氣候變暖、人居環(huán)境日益惡化。論文以灰色關聯(lián)度為研究手段對鹽城市2002—2012年的城市建設用地及各分項用地的碳排放進行評價，并采用系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度公式測度了各分項用地之間協(xié)調(diào)發(fā)展等級。結果表明：鹽城市城市土地利用各構成要素之間存在著不同于簡單因果關系的非線性聯(lián)系，即具有相關性、非均勻性、不可逆性等特征；鹽城市2003—2012年城市建設用地各分項用地的協(xié)調(diào)發(fā)展程度呈逐年下降趨勢，而且系統(tǒng)間存在著嚴重的不平衡性。鹽城市在城市建設用地的發(fā)展過程中，用地之間的矛盾越來越突出，在各分項用地協(xié)調(diào)發(fā)展等級研究中，各系統(tǒng)間發(fā)展差異也較大。總體為優(yōu)良等級，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)占總評價的50%左右。其中工業(yè)—交通用地協(xié)調(diào)發(fā)展較好，這也為其他系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策參考依據(jù)。

建設用地; 碳排放; 灰色關聯(lián); 協(xié)調(diào)發(fā)展; 鹽城市

隨著中國特色的新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化深入推進發(fā)展，中國進入了新一輪的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展階段。人口城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程導致了全球CO2排放量水平處于穩(wěn)定增長狀態(tài)，且目前有加快趨勢[1]。研究表明，新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化推動了城市建設用地的大幅擴張，城市建設用地是區(qū)域人口、建筑、交通、工業(yè)和公共服務的集中地，也是高耗能和高碳排放的集中地，是碳排放的主要源頭[2]。碳排放是引起全球氣候變化的最重要原因。而碳排放強度與土地利用及覆蓋變化關聯(lián)度較高[3-4]。

城市建設用地利用變化導致溫室氣體排放和局地氣候變化的作用機理更加復雜，不確定性因素更多，因此其作用機理與影響因素成為全球氣候變化研究的熱點和難點之一。已有多人就建設用地擴張與碳排放效應及對碳排放的影響進行了系統(tǒng)研究[5-7]，但對城市建設用地的進一步分化和其協(xié)同關系研究尚不多見，因此，本文以江蘇沿海大開發(fā)背景下的城市化快速發(fā)展的典型城市——鹽城市為例，探討建設用地總體及各分項用地對碳排放的影響，利用灰度關聯(lián)分析的方法研究各分項用地碳排放間的關系，將系統(tǒng)耦合、協(xié)同發(fā)展的概念引入到碳排放問題探討中，從而為合理進行城市土地利用規(guī)劃、實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鹽城市位于北緯32°34′—34°28′，東經(jīng)119°27′—120°54′。鹽城是江蘇省土地面積最大、海岸線最長的地級市，全市土地總面積16 972 km2。鹽城市近些年過快的人口增長，較大的人口總量和近幾年年均5%增速的城鎮(zhèn)化率給本區(qū)域的土地利用帶來了較大的壓力，生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的損害，對區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了一定的負面影響。城市建設用地由2002年的213.77 km2增加到2012年的279.81 km2，累積擴大了66.04 km2，增加幅度為30.89%，由此產(chǎn)生的碳排放也在飛速增加，城市土地利用問題十分突出，本區(qū)域工業(yè)化、城市化高速發(fā)展，城市土地生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動影響較大，從而城市土地利用對于全球變化的影響也較為顯著，因此，分析該區(qū)域城市土地利用變化的碳排放效應具有一定的典型性。

2 研究方法

本文所使用的社會、經(jīng)濟和人口數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》有關鹽城市相關年份能源消費數(shù)據(jù)，江蘇統(tǒng)計局網(wǎng)站公布的分區(qū)縣統(tǒng)計年鑒和鹽城市2003—2013年《統(tǒng)計年鑒》，鹽城市2003—2013年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，部分實地調(diào)查和問卷數(shù)據(jù)。并用相關年份的遙感影像數(shù)據(jù)加以校正。

Ec=∑Ei×fi

(1)

式中：Ec——建設用地的碳排放量(t)；Ei——各種化石能源的消耗量(噸標準煤)；fi——各種能源的碳排放系數(shù)。本文主要考慮了21類具體的能源類型，其碳排放系數(shù)主要參考IPCC公布的數(shù)值[8](表1)。根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》(GB50137—2011)，城市建設用地可以分為居住用地、公共管理與公共服務用地、商業(yè)服務業(yè)設施用地、工業(yè)用地、物流倉儲用地、交通設施用地、公用設施用地與城市公共綠地。本文將研究區(qū)域的城市建設用地歸結為居住用地、工業(yè)用地、商服用地和交通用地4大類型[9]。居住用地、工業(yè)用地、商服用地和交通用地的碳排放數(shù)計算參考汪友結提出的計算方法[9]。

灰色關聯(lián)分析是通過定量化的方法尋找出系統(tǒng)各要素之間的聯(lián)系情況，從而初步確定系統(tǒng)運行的性質(zhì)[10]，為了深刻揭示城市土地系統(tǒng)各要素之間的關聯(lián)程度，需要找到表征系統(tǒng)各要素行為特征的序列。由于城市土地利用系統(tǒng)各要素的內(nèi)部結構復雜，很難將其行為特征直接量化，為簡化計算程序，本文采用的是表征各子系統(tǒng)行為特征的間接量，即映射量進行分析的方法。具體來說，就是以城市各分項用地的年度序列碳排放量為基礎數(shù)據(jù)，通過采用一定的計算方法來求取各系統(tǒng)要素的歷年映射量。

表1 各種能源碳排放系數(shù) tC/t

Mi(k)=Ti(k)/T0(k)

(2)

式中：Mi(k)——城市建設用地某一具體i類分項用地第k年的映射量；Ti(k)——城市建設用地某一具體i類分項用地第k年的碳排放量(噸標準煤)；T0(k)——城市建設用地某一具體i類分項用地起始年(本文是2002年)的碳排放量(噸標準煤)。設城市建設用地某一具體i類分項用地的歷年映射量{M0(k)—Mi(k)}構成初向量{V0(k)—Vi(k)}，考慮到映射量為系統(tǒng)要素相應的發(fā)展指數(shù)，所以不需進行量綱化就可直接求出其他分項用地的相應初向量{V0(k)—Vj(k)}與i類分項用地初向量{V0(k)—Vi(k)}的絕對值差向量Δij(k)，并把Δij(k)作為序列差。

在分列求出Δij(K)的最大值Δmaxij和最小值Δminij的基礎上，繼續(xù)求出最大值Δmaxij系列中的最大值和最小值Δminij系列中的最小值，即分別為極大值Δmaxi和Δmini。令rij(k)為城市建設用地某一具體系統(tǒng)j類分項用地要素對另一具體系統(tǒng)i類分項用地要素關聯(lián)度系數(shù)，建立如下的關系式：

rij(k)=(Δmini+α·Δmaxi)/(Δij(K)+α·Δmaxi)

(3)

式中：α——分辨系數(shù)，α越小，分辨力越大，一般α的取值區(qū)間在(0，1)之間，具體取值可根據(jù)情況而定，當α≤0.563時，分辨力最好，通常取α=0.5。

采用平均值法即可求出城市建設用地某一具體系統(tǒng)j類分項用地要素對另一具體系統(tǒng)i類分項用地要素的關聯(lián)度，即：

(4)

上述系統(tǒng)之間的關聯(lián)度并不能反映二者耦合程度，為從整體上判別城市建設用地各分項用地的匹配協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢，本文進一步引入耦合度模型。因此，在式(4)的基礎上進一步構造城市建設用地各分項用地相互匹配的系統(tǒng)耦合度模型[10]，以衡量城市建設用地各分項用地的匹配協(xié)調(diào)發(fā)展程度。其計算公式為：

(5)

3 結果與分析

2002—2012年鹽城市的建設用地和各分項用地的碳排放量均呈現(xiàn)出上升趨勢(表2)，其中建設用地總排放量由2002年的571.98萬t增加到2012年的1 196.94萬t，增加了624.96萬t，年均增長率為9.93%；居住用地總排放量由2002年的56.07萬t增加到2012年的147.13萬t，增加了91.06萬t，年均增長率為14.76%；工業(yè)用地總排放量由2002年的275.89萬t增加到2012年的564.96萬t，增加了289.07萬t，年均增長率為9.53%；商服用地總排放量由2002年的6.55萬t增加到2012年的27.62萬t，增加了21.07萬t，年均增長率為29.24%，增速最快；交通用地總排放量由2002年的233.47萬t增加到2012年的457.23萬t，增加了289.07萬t，年均增長率為8.71%，增速較慢，工業(yè)用地的碳排放占建設用地總排放量超過50%，是第一大排放源，交通用地的碳排放占建設用地總排放量為30%～40%，是第二大排放源，兩者之和超過80%，雖然居住用地和商服用地碳排放量占比例較小，但近年來增長迅速，其引發(fā)的環(huán)境效應不容忽視。

根據(jù)表2中提供的數(shù)據(jù)結合公式(2)，以2002年為起始年，計算城市建設用地各分項用地的歷年映射量，再求出各行各列的極大值和極小值后，結合公式(3)和(4)，計算城市建設用地關聯(lián)度系數(shù)(表3和表4)。

從表4可以看出，鹽城市城市建設用地中的居住用地低碳利用、工業(yè)用地低碳利用、商服用地低碳利用以及交通用地低碳利用這四大構成要素之間的灰色關聯(lián)度全都大于設定區(qū)分度0.5(最小值為0.585 6)，這說明在低碳經(jīng)濟視角下，鹽城市城市土地利用各構成要素之間存在著不同于簡單因果關系的非線性聯(lián)系，即具有相關性、非均勻性、不可逆性等特征。從表4還可以發(fā)現(xiàn)，工業(yè)用地—交通用地、居住用地—工業(yè)用地構成要素之間的灰色交互關聯(lián)度相對較大，這說明三者之間的互相促進和互為保障的作用機制最為明顯。

表2 2002-2012年鹽城市建設用地及各分項用地碳排放量

表3 2002-2012年鹽城市分項用地灰色關聯(lián)度

表4 2002-2012年鹽城市分項用地之間關聯(lián)度分析

利用公式(5)計算得到鹽城市2003—2012年城市建設用地各分項用地的協(xié)調(diào)發(fā)展程度(圖1)，各分項用地之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度呈逐年下降趨勢，其中居住—工業(yè)用地的協(xié)調(diào)度由2003年的0.983 2下降到2012年的0.622 3，減少了0.360 9，變化幅度為36.7%；居住—商服用地的協(xié)調(diào)度由2003年的0.933 4減少到2012年的0.402 1，減少了0.531 3，變化幅度為56.9%；居住—交通用地的協(xié)調(diào)度由2003年的0.980 7變化到2012年的0.592 2，減少了0.388 5，變化幅度為39.6%；工業(yè)—商服用地的協(xié)調(diào)度由2003年的0.926 5跌到2012年的0.359 2，減少了0.567 3，變化幅度為61.2%；工業(yè)—交通用地的協(xié)調(diào)度由2003年的1.000微調(diào)到2012年的0.927 6，變化幅度較小，減少了0.072 4，變化幅度為7.2%；商服—交通用地的協(xié)調(diào)度由2003年的0.926 7下降到2012年的0.354 1，減少了0.572 6，變化幅度為61.8%。說明鹽城市在城市建設用地的發(fā)展過程中，用地之間的矛盾越來越凸顯。

圖1 2002-2012年鹽城市分項用地之間協(xié)調(diào)度分析

目前系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度等級劃分尚無統(tǒng)一的標準，參考前人的研究成果[11]，采用目前國際性組織普遍采納的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評價標準(即：嚴重不協(xié)調(diào)，0≤C≤0.4；中度不協(xié)調(diào)，0.4≤C≤0.5；輕度不協(xié)調(diào)，0.5≤C≤0.6；弱協(xié)調(diào)，0.6≤C≤0.7；中度協(xié)調(diào)，0.7≤C≤0.8；良好協(xié)調(diào)，0.8≤C≤0.9；優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)，0.9≤C≤1.0)。根據(jù)前面的計算結果，對鹽城市分項用地的協(xié)調(diào)度進行分等(圖2)。

注：H為居住用地；I為工業(yè)用地；B為商服用地；T為交通用地

居住—工業(yè)用地協(xié)調(diào)發(fā)展程度中，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)和弱協(xié)調(diào)等級分別占60%，10%，10%和20%；居住—商服用地協(xié)調(diào)發(fā)展程度中，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、弱協(xié)調(diào)、輕度不協(xié)調(diào)和中度不協(xié)調(diào)等級分別占10%，10%，20%，20%，20%和20%；居住—交通用地協(xié)調(diào)發(fā)展程度中，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)、弱協(xié)調(diào)、輕度不協(xié)調(diào)等級分別占40%，30%，20%和10%；工業(yè)—商服用地協(xié)調(diào)發(fā)展程度中，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、弱協(xié)調(diào)、輕度不協(xié)調(diào)、中度不協(xié)調(diào)和嚴重不協(xié)調(diào)等級分別占10%，40%，10%，10%，20%和10%；工業(yè)—交通用地協(xié)調(diào)發(fā)展程度中，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)等級分別占80%和20%；商服—交通用地協(xié)調(diào)發(fā)展程度中，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、輕度不協(xié)調(diào)、中度不協(xié)調(diào)和嚴重不協(xié)調(diào)等級分別占10%，10%，30%，20%，20%和10%。整體來說，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、弱協(xié)調(diào)、輕度不協(xié)調(diào)、中度不協(xié)調(diào)和嚴重不協(xié)調(diào)等級分別占35.0%，13.3%，16.7%，11.7%，10.0%和10.0%，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)占50%左右。工業(yè)—交通用地協(xié)調(diào)發(fā)展較好，這與鹽城市最近幾年大力發(fā)展公共交通(如BRT)，工業(yè)功能分區(qū)逐漸科學化密不可分。

4 結論與建議

4.1 結 論

本文以灰色關聯(lián)度為研究手段對鹽城市2002—2012年的城市建設用地及各分項用地的碳排放進行評價，并采用系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度公式測度了各分項用地之間協(xié)調(diào)發(fā)展等級，結果表明，鹽城市城市土地利用各構成要素之間存在著不同于簡單因果關系的非線性聯(lián)系，即具有相關性、非均勻性、不可逆性等特征；鹽城市2003—2012年城市建設用地各分項用地的協(xié)調(diào)發(fā)展程度呈逐年下降趨勢，而且系統(tǒng)間存在著嚴重的不平衡性，說明鹽城市在城市建設用地的發(fā)展過程中，用地之間的矛盾越來越突出，在各分項用地協(xié)調(diào)發(fā)展等級研究中，各系統(tǒng)間發(fā)展差異也較大?？傮w呈優(yōu)良等級，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)占總評價50%左右。其中工業(yè)—交通用地協(xié)調(diào)發(fā)展較好，這也為其他系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策參考依據(jù)。

4.2 建 議

在城市未來發(fā)展中，應注重低碳經(jīng)濟發(fā)展、節(jié)約型城市與產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整相結合，運用協(xié)調(diào)發(fā)展理念大力發(fā)展新能源、高新技術產(chǎn)業(yè)；限制建設用地過度盲目擴展，集約節(jié)約利用建設用地，盤活存量用地，走現(xiàn)有建設用地效率提高的有效途徑(如立體化用地、提高建筑容積率、功能科學規(guī)劃和合理分區(qū)等)；合理規(guī)劃商業(yè)服務用地，分流鹽城市老城區(qū)商業(yè)服務設施的用地，在城南和城東新建商業(yè)中心綜合體，利用立體空間發(fā)展地下商業(yè)設施，不斷提高能源利用技術，提高能源利用效率，優(yōu)化能源結構，減少單位建設用地的碳排放量，居住用地實行高層集中居住，交通用地走智能化、網(wǎng)絡化的立體體系發(fā)展道路，實行公共交通用地優(yōu)先發(fā)展的方法，按照低碳經(jīng)濟理念，優(yōu)化和調(diào)整土地利用結構，確保獲得社會、經(jīng)濟和生態(tài)綜合效益；探索碳排放的補償標準，實施碳排放生態(tài)補償制度，以實現(xiàn)區(qū)域碳減排目標。

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Research for Coordinative Development About Carbon Emission from Construction Land in Yancheng City Based on Grey Correlation Method

WANG Liang1,2,3

(1.SchoolofEnvironmentandSpatialInformatics,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou,Jiangsu221008,China; 2.YanchengTeachersUniversity,Yancheng,Jiangsu224051,China;3.ResearchInstituteofJiangsuCoastalDevelopment,Yancheng,Jiangsu224051,China)

Land use change is an important factor on carbon emission. With the new-type urbanization，industrialization, informatization and agricultural modernization process accelerating， there appears the fast expansion in urban construction land use and development， especially in the urban development pattern of high consumption, high emission and high pollution， which resulted not only in the rapid growth of social carbon emissions, but also in the weakening of carbon sinks function of urban land, leading to the global warming，and the deterioration of the living environment. Therefore，the low-carbon use of urban construction land will be the new hot spot of the study in the fields of the urban science and environmental science. The purpose of this paper is to analyze the characteristics of changes in urban construction land use in Yancheng City from 2002 to 2012, calculate and analyze the carbon emissions influenced by different urban construction land use types from 2002 to 2012 according to the assessment model of carbon emission and grey relationship method, describe the coordinative degrees of different urban construction land use types in Yancheng City from 2002 to 2012, keep the harmonious relationship between human beings and environment， and reach the goal of sustainable development of society. The results show that the transportation land and industrial land accounted for a major proportion of the total carbon emission from urban construction land use types in Yancheng City from 2002 to 2012. Carbon emissions increased most quickly in the residential land and the commercial service land city， from 5.607×105tons in 2002 to 1.471 3×106tons with an average annual growth rate of 14.76% and from 6.55×104tons in 2002 to 2.762×105tons with an average annual growth rate of 29.24% during the study periods, respectively. The results also show the decrease tendency of coordinative degree between different urban construction land use types in the years of 2002 and 2012．The good and very good degrees accounted for 50% of the total analyzed samples. Some further policy options should be proposed to mitigate problems more thoroughly, including reducing carbon emissions and increasing carbon sinks, protecting wetland and forestland, practicing the scientific concept of development, enhancing the efficiency of land use and energy consumption, coordinating the development of the economy and the land utility, and strengthening the control functions of land use planning to reduce carbon emissions.

Construction land; Carbon emission; Grey relationship; coordinative development; Yancheng City

2014-09-16

2014-10-26

國家自然科學基金資助課題(41071083);江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程項目(SZBF2011-6-B35);江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室資助項目(JS201110);江蘇高校哲學社會科學研究資助項目(2014SJB711);鹽城師范學院校級科研項目(11YCKL005)

王亮(1977—),男,江蘇省鹽城人,副教授,博士研究生,主要從事土地資源管理研究。E-mail:wangsantai123@163.com

F061.3

1005-3409(2015)02-0253-05