【总结】基于遥感数据模拟碳排放空间分布的几种方法

文摘   2024-07-22 09:00   湖北  
“双碳”目标提出后,关于“双碳”主题的研究也越来越多。由于碳排放数据通常以行政区范围内的能源消耗数据获取,空间颗粒度较大(通常最小到市级,县级尺度的能源统计数据缺失较多),无法反映碳排放的局部特征,因此需要对其进行空间化。

现在对基于遥感数据模拟碳排放空间分布的方法进行简单的总结,欢迎留言区补充~

首先介绍一下如何基于行政区能源消耗的统计数据计算其碳排放:

目前较为认可的是基于IPCC准则的转化系数来计算碳排放,其计算公式如下:

式中,CEit表示第i个行政区(省、市、县)在第t年的碳排放量;Eijt表示第i个行政区(省、市、县)在第t年的第j种能源的消耗量;Fj和αj分别为第j种能源的碳排放系数和能源燃烧系数。
具体可参考:

http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.08.095

下面总结一下如何基于遥感数据对行政区级别的碳排放数据进行空间化模拟:

  1. 基于夜光遥感数据的碳排放空间化模拟

基于夜光遥感数据的碳排放空间化模拟,是将夜光数据作为行政区级别的碳排放和碳排放空间化的中间代理,通过建立省/市/县级碳排放统计值和对应省/市/县范围内夜光总值之间的关系,将该关系应用于夜光数据,从而获得碳排放的空间化分布。

空间化方法:

(1)常用于构建省/市/县碳排放和夜光之间关系的方法有线性模型、面板数据模型等传统回归模型;

(2)机器学习的方法:将与碳排放相关的因子与碳排放作为输入,对碳排放进行空间化模拟。

来源:http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.11.055

方法参考:
  1. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.115257
  2. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.11.055
  3. http://dx.doi.org/10.3390/rs12182916

2. 基于土地利用数据的碳排放空间化模拟

基于土地利用数据的碳排放空间化模拟方法,是基于不同土地利用类型所产生的碳排放不同,通过将各类型土地利用面积与碳排放系数相乘或构建土地利用与碳排放之间的关系模型,从而对碳排放进行空间化模拟。

来源:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121488

空间化方法:

(1)土地利用面积与碳排放系数相乘的方法;

(2)基于BP神经网络模型构建土地利用与碳排放的关系模型,对碳排放进行空间化模拟;

(3)基于其他机器学习的方法。

方法参考:

1. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.108623
2. http://dx.doi.org/10.15957/j.cnki.jjdl.2015.03.023
3. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121488
4. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.122819

3. 基于POI数据的碳排放空间化模拟

基于POI数据的碳排放空间化模拟方法,主要是使用各类工厂、交通、船舶等碳源的POI数据,来对其碳排放进行空间化模拟。这种方法相比于前两种会更精细,模拟结果也能够更加准确,但前期数据收集和处理会稍比较繁琐。但在未来也许能够开发出基于个人的碳排放模拟,如单个人的碳足迹。

~对碳排放进行空间化模拟目前主要是基于夜光数据、土地利用数据以及一些POI数据实现,可以结合之前发的城乡边界划分,进一步重点分析城市和农村的碳排放时空差异,也许能够得到很有意思的结论~


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