城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)仿真研究
——以武漢市為例

吳 萌，任 立，陳銀蓉

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430070）

城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)仿真研究
——以武漢市為例

吳 萌，任 立，陳銀蓉

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430070）

研究目的：從系統(tǒng)角度分析土地、人口、社會、經(jīng)濟、能源對碳排放的影響作用，并對武漢市2017—2030年不同政策情景下的土地利用碳排放進行模擬，為其低碳發(fā)展戰(zhàn)略和低碳土地利用規(guī)劃提供決策依據(jù)。研究方法：系統(tǒng)動力學(xué)方法。研究結(jié)果：（1）建立的城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型是有效的；（2）按照目前的發(fā)展趨勢，武漢市的碳排放總量將保持逐年攀升的趨勢；（3）經(jīng)濟的快速發(fā)展對武漢市土地利用碳排放量的增加具有顯著的影響作用；（4）調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及提高能源利用效率都能夠有效的減少武漢市土地利用碳排放量，其中調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的作用效果相對來說更加明顯。研究結(jié)論：轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和積極研發(fā)先進的低碳科學(xué)技術(shù)是武漢市低碳發(fā)展的重要途徑。

土地利用；碳排放；系統(tǒng)動力學(xué)；仿真；低碳

1 引言

在全球氣候變化的背景下，氣候變暖已成為人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。土地作為人類活動的空間載體，城市擴張、產(chǎn)業(yè)布局、能源消耗等人類活動都與土地利用密切相關(guān)，土地利用變化直接改變區(qū)域自然碳循環(huán)過程，并間接改變區(qū)域人為碳排放水平。因此, 從系統(tǒng)角度分析城市人口、資本、土地、能源等投入，工業(yè)品、 GDP、碳排放等產(chǎn)出之間的關(guān)系，有助于深入研究城市經(jīng)濟、土地利用與碳排放系統(tǒng)之間的聯(lián)系以及運行機理，對于發(fā)展低碳經(jīng)濟、實現(xiàn)土地的低碳利用以及建設(shè)“兩型社會”具有現(xiàn)實意義。

土地利用變化作為僅次于化石能源燃燒的第二大溫室氣體排放源[1]引起了各界的普遍關(guān)注。賴力[4]將土地上自然源和人為源碳排放綜合起來提出中國土地利用的綜合碳排放清單；揣小偉[5]、葉浩[6]測算了不同土地利用類型的土壤碳儲量和植被碳儲量；盧娜[7]、程子騰[8]分別運用了對數(shù)均值指數(shù)分解法與TAPIO脫鉤模型分析了經(jīng)濟發(fā)展與土地利用碳排放的關(guān)系；李春麗[9]、汪晗[10]、俞超[11]分析了不同土地利用方式和土地利用強度的碳排放效應(yīng)；張苗[12]、許恒周[13]從土地集約利用與土地利用碳排放關(guān)系入手，分析了土地集約利用水平與碳排放之間的作用關(guān)系；路昌[14]、游和遠[15]的研究說明土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與效率的提高可以促進城市降低碳排放。

現(xiàn)有的研究主要以“機理—測算—影響因素—減碳措施”為研究脈絡(luò)，即：從碳排放的影響機理出發(fā)，測算自然源和人為源碳排放量，分析其變化的影響因素，由此提出可以降低碳排放的對策[2-17]。但是對于城市社會經(jīng)濟與碳排放的系統(tǒng)分析，各因子間相互作用機理的研究，以及由此按照可持續(xù)發(fā)展要求，探討可控變量（包括政策與經(jīng)濟增長目標等）對城市系統(tǒng)的作用關(guān)注不夠。因此，本文基于系統(tǒng)學(xué)理論和可持續(xù)發(fā)展理論，采用計算機仿真技術(shù)，將土地、人口、社會、經(jīng)濟、能源對碳排放的交互作用融入系統(tǒng)動力學(xué)模型，建立城市土地利用碳排放仿真模擬模型，模擬分析城市系統(tǒng)的變化和可能的調(diào)控，并以武漢市為研究區(qū)域，對其土地利用碳排放狀況進行模擬仿真，為其低碳發(fā)展戰(zhàn)略和低碳土地利用規(guī)劃提供決策依據(jù)。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)域

武漢市位于江漢平原東部，是中國中部地區(qū)的中心城市，全國重要的工業(yè)基地、科教基地以及綜合交通樞紐。武漢市現(xiàn)有13個城區(qū)，3個國家級開發(fā)區(qū)，面積8567 km2。隨著國家“中部崛起”、“兩型社會建設(shè)綜合配套改革試驗區(qū)”和“低碳試點省”戰(zhàn)略的實施，武漢市作為中心城市，對其改革與發(fā)展提供了機遇也提出了要求，作為城市發(fā)展載體的土地更要發(fā)揮其參與科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)性作用，建立以低碳利用為基本理念的城市土地利用格局，推動經(jīng)濟社會發(fā)展方式的低碳化轉(zhuǎn)變，肩負起社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的雙重重擔。為了更好的以低碳經(jīng)濟理念指導(dǎo)區(qū)域土地利用，需要對武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)進行仿真測算以及政策模擬，從而為進一步的研究提供一定的基礎(chǔ)資料。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文建立的城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型涉及耕地、林地、園地、草地、其他農(nóng)用地、居住用地、工礦倉儲用地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地、特殊用地、其他用地11種用地類型。其數(shù)據(jù)來源于武漢市1996—2015年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。

文中采用的總?cè)丝?、就業(yè)人口、GDP、固定資產(chǎn)投資、全社會研究與試驗發(fā)展經(jīng)費（R&D經(jīng)費）、各能源消費總量、生活垃圾處理量、公共汽車總量等數(shù)據(jù)，來源于《武漢市統(tǒng)計年鑒》和有關(guān)社會經(jīng)濟資料。

3 研究方法

系統(tǒng)動力學(xué)是1958年J·W·Forrester教授為研究生產(chǎn)以及庫存管理等企業(yè)問題而提出的系統(tǒng)仿真方法。它不僅是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，也是一門認識并解決系統(tǒng)問題的交叉綜合學(xué)科。系統(tǒng)動力學(xué)對研究對象的理解，來源于系統(tǒng)行為與內(nèi)在機制之間的密切關(guān)系，并通過數(shù)學(xué)模型的建立以及操作逐步挖掘出發(fā)生變化形態(tài)的因果關(guān)系[18-19]。

系統(tǒng)動力學(xué)模型作為一種綜合的仿真模型，已普遍運用于國家、地區(qū)以及行業(yè)等不同尺度下能源消耗、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、溫室氣體排放的研究以及管理中。王喜平[20]、胡玥昕[21]、李國柱[22]、唐韜[23]分別運用系統(tǒng)動力學(xué)模型對電力行業(yè)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)以及坑口電廠的碳排放系統(tǒng)進行了分析與模擬；張俊榮通過構(gòu)建京津冀碳排放交易系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型,模擬不同的碳交易機制對京津冀地區(qū)經(jīng)濟和環(huán)境的影響[24]；范太勝[25]、張仁壽[26]、劉永紅[27]對不同省市的低碳經(jīng)濟發(fā)展模式進行系統(tǒng)動力學(xué)仿真預(yù)測，以探尋經(jīng)濟增長與碳排放協(xié)調(diào)發(fā)展的低碳發(fā)展模式。

現(xiàn)有研究主要從兩個方向進行：（1）對某一個具體行業(yè)或者產(chǎn)業(yè)（如工業(yè)、電力等）的碳排放系統(tǒng)進行模擬仿真；（2）對某個地區(qū)城市經(jīng)濟—碳排放系統(tǒng)進行仿真模擬，分析社會經(jīng)濟發(fā)展和碳排放的影響關(guān)系，探尋適宜研究區(qū)域的低碳經(jīng)濟發(fā)展模式。目前對于土地利用碳排放系統(tǒng)研究較少，很少有文章將土地利用因素納入碳排放系統(tǒng)，然而土地利用變化作為僅次于化石能源燃燒的第二大溫室氣體排放源[1]，對社會經(jīng)濟以及碳排放都有著重要的影響，因此從系統(tǒng)角度分析城市人口、經(jīng)濟、土地、能源、碳排放之間相互作用的反饋機制，模擬分析城市系統(tǒng)的變化和可能的調(diào)控，有助于彌補現(xiàn)有研究的缺陷，改變現(xiàn)有研究較多關(guān)注城市系統(tǒng)局部減碳研究的狀況?；诖耍疚睦肧D方法，建立武漢市土地利用碳排放SD仿真模型，對不同情景下的土地利用碳排放進行模擬預(yù)測，探尋土地低碳利用的方向以及模式。

3.1 模型構(gòu)建思路

3.1.1 建模目的 建立城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型，目的是采用動態(tài)的系統(tǒng)模型定量地分析與土地利用碳排放有密切關(guān)系的各因素之間的反饋結(jié)構(gòu)和因果關(guān)系，有利于更為全面地掌握相關(guān)變量的變化趨勢。

模型的空間邊界為武漢市，時間邊界為：1996—2030年，模擬基期年為1996年，主要歷史數(shù)據(jù)時段為1996—2014年。為減少預(yù)測中時段變化所帶來的誤差，時間步長定為1年。系統(tǒng)內(nèi)容主要包括影響土地利用碳排放的土地、人口、經(jīng)濟、環(huán)境、能源等眾多因素。根據(jù)武漢市歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及未來發(fā)展方向，確定模型的參數(shù)，并運用Vensim軟件進行以下仿真：（1）模擬武漢市1996—2030年土地利用碳排放系統(tǒng)主要變量動態(tài)變化趨勢；（2）調(diào)節(jié)模型的決策變量，進行政策模擬，預(yù)計不同政策情景對土地利用碳排放的影響。

3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 城市土地利用碳排放系統(tǒng)主要由碳排放能源子系統(tǒng)、碳排放經(jīng)濟子系統(tǒng)、碳排放人口子系統(tǒng)、碳排放環(huán)境子系統(tǒng)以及碳排放土地子系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部要素之間存在相互聯(lián)系，城市土地利用碳排放系統(tǒng)的構(gòu)成以及主要反饋機制如圖1所示。

3.1.3 模型建立與模擬 本文根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、反饋機制以及反饋回路，構(gòu)建描述城市土地利用碳排放系統(tǒng)的相關(guān)方程，采用表函數(shù)法、邏輯函數(shù)、經(jīng)驗公式法、線性回歸法等確定模型參數(shù)值，并建立系統(tǒng)流程圖。運用Vensim軟件，不斷調(diào)整修正城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型，使模擬結(jié)果逼近武漢市的社會經(jīng)濟現(xiàn)狀。之后，通過檢驗后的模型對武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)進行政策情景仿真模擬。

圖1 城市土地利用碳排放系統(tǒng)框架圖Fig.1 Structural relationship among subsystem of the urban land use carbon emission system

3.2 城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型

城市土地利用碳排放系統(tǒng)通過信息、物質(zhì)、能量的交換把系統(tǒng)內(nèi)不同因素整合為一個有機的整體。能源、經(jīng)濟、人口、環(huán)境、土地5個子系統(tǒng)互為環(huán)境，構(gòu)成城市土地利用碳排放系統(tǒng)。通過對城市土地利用碳排放系統(tǒng)邊界的分析，結(jié)合5個子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系以及各變量間的反饋關(guān)系，利用Vensim軟件建立城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型。該模型實際上是對5個子系統(tǒng)的整合，其中GDP、能源消費總量、總?cè)丝?、各類土地面積、碳排放量將5個子系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起。該模型系統(tǒng)因果關(guān)系如圖2所示。

圖2 城市土地利用碳排放系統(tǒng)因果關(guān)系圖Fig.2 Illustration of the causal relationship of the urban land use carbon emission system

系統(tǒng)動力學(xué)模型的存量流量圖通過數(shù)學(xué)方程將各個子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)內(nèi)部因素有機結(jié)合起來，將研究對象置于系統(tǒng)之中，使得研究結(jié)果準確率更高。本文通過對因果關(guān)系圖的適當拓展與延伸，得到了圖3所示的城市土地利用碳排放系統(tǒng)的存量流量圖。限于篇幅，列出部分主要模型系統(tǒng)方程：

（1）總?cè)丝?人口凈密度×居住用地 單位：104人

（2）社會固定資產(chǎn)投資= INTEG（+社會固定資產(chǎn)投資增加額，3.87026e + 006） 單位：104元

（3）第二產(chǎn)業(yè)GDP=建設(shè)用地地均第二產(chǎn)業(yè)GDP×建設(shè)用地/10000 單位：108元

（4）第二產(chǎn)業(yè)投資額=第二產(chǎn)業(yè)投資比例×社會固定資產(chǎn)投資/100 單位：104元

（5）科技創(chuàng)新投入=科技創(chuàng)新投入比例×第三產(chǎn)業(yè)投資額/100 單位：104元

（6）煤炭消費總量=單位GDP煤炭消費量×GDP/10000+人均煤炭消費量×總?cè)丝凇?0 單位：t

（7）耕地= INTEG（+耕地增加量-耕地減少量，403051） 單位：hm2

（8）建設(shè)用地增長量=工礦倉儲用地增長量+交通運輸用地增長量+水域及水利設(shè)施用地增長量+居住用地增長量+特殊用地增長量 單位：hm2

（9）交通運輸用地增長量=IF THEN ELSE（127184＜=其他用地：AND：其他用地＜=149982，人均交通用地增長量×總?cè)丝冢?） 單位：hm2

（10）碳排放量=A FUNCTION OF（碳排放減少量，碳排放增加量） 碳排放量=INTEG（-碳排放減少量+碳排放增加量，1913.66） 單位：104t

圖3 城市土地利用碳排放系統(tǒng)存量流量圖Fig.3 The stock and fow diagram of the urban land use carbon emission system

4 模型檢驗以及模擬分析

4.1 模型檢驗結(jié)果分析

系統(tǒng)動力學(xué)模型建立后，需要對模型進行檢驗用來判斷模型和現(xiàn)實情況的相符程度，以保證模型的真實性以及有效性。常用的系統(tǒng)動力學(xué)模型檢驗方法包括直觀與運行檢驗、歷史檢驗和靈敏度分析[19]。

4.1.1 直觀與運行檢驗 通過Vensim軟件自帶的方程檢驗以及量綱檢驗功能對模型合理性進行檢驗。測試結(jié)果顯示：該方程等式兩邊量綱一致，模型試運行未產(chǎn)生病態(tài)結(jié)果。因此，本文所構(gòu)建的仿真模擬模型是合理的。

4.1.2 歷史檢驗 將1996—2014年的歷史數(shù)據(jù)代入模型進行模擬驗證，本文從系統(tǒng)中選取GDP、人口、農(nóng)用地面積、建設(shè)用地面積、煤炭消費量和碳排放量為檢驗變量，將模型測算出的模擬值與歷史數(shù)據(jù)相比較，進行模型歷史仿真檢驗即一致性檢驗。其中GDP、人口、農(nóng)用地面積、建設(shè)用地面積以及煤炭消費量的歷史數(shù)據(jù)是通過統(tǒng)計年鑒等查詢得到。碳排放量的歷史數(shù)值是通過黎孔清提出的區(qū)域土地利用綜合碳排放清單和測算方法，對武漢市土地利用碳排放量進行測算得到[28]。

模擬結(jié)果表明：該系統(tǒng)模型相對誤差率不超過10%（表1），在誤差允許范圍內(nèi)[19]。這說明城市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型的模擬結(jié)果可靠，符合建模要求，可以用來模擬武漢市土地利用碳排放的狀態(tài)以及變化趨勢，能夠通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)進行仿真模擬實驗。

表1 模擬相對誤差 單位：%Tab.1 Relative errors of simulation unit: %

4.1.3 靈敏度分析 對模型進行靈敏度分析，挑選9個輸出變量對14個參數(shù)變化的靈敏度進行分析，分析這些參數(shù)的變化對系統(tǒng)的影響。每個參數(shù)年取值變化15%，分析其對9個輸出變量的影響。9個靈敏度值的平均值可以表示某一特定參數(shù)的靈敏度，通過計算得出14個變量的平均靈敏度（圖4）?？梢钥闯觯喝丝趦裘芏取⒔ㄔO(shè)用地地均第二產(chǎn)業(yè)GDP和建設(shè)用地地均第三產(chǎn)業(yè)GDP的靈敏度較高，分別為16.3%、18.32%和19.43%，大于15%，表明這三個參數(shù)為系統(tǒng)的重要因素。此外，科技創(chuàng)新投入比例、居住用地增長率的靈敏度大于10%，其他參數(shù)靈敏度較低，表明系統(tǒng)對大多數(shù)參數(shù)變化是不敏感的，模型具有很好的穩(wěn)定性以及強壯性，可以用來模擬實際系統(tǒng)。

圖4 武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)動力學(xué)模型參數(shù)靈敏性分析Fig.4 Sensitive analysis of the urban land use carbon emission system dynamic model in Wuhan注：1：人口凈密度；2：第一產(chǎn)業(yè)投資比例；3：第二產(chǎn)業(yè)投資比例；4：第三產(chǎn)業(yè)投資比例；5：科技創(chuàng)新投入比例；6：農(nóng)用地地均第一產(chǎn)業(yè)GDP；7：建設(shè)用地地均第二產(chǎn)業(yè)GDP；8：建設(shè)用地地均第三產(chǎn)業(yè)GDP；9：單位GDP煤炭消費量；10：人均煤炭消費量；11：單位GDP電力消費量；12：人均電力消費量；13：人均交通用地增長量；14：居住用地增長率。

4.2 武漢市土地利用碳排放仿真模擬與預(yù)測

通過對武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)的仿真，得到武漢市1996—2030年土地利用碳排放量的模擬數(shù)據(jù)以及變化趨勢（表2，圖5）。模擬結(jié)果表明：隨著社會經(jīng)濟、城市人口等的進一步發(fā)展，武漢市土地利用碳排放總量將保持逐年攀升的趨勢。2015年9月武漢市在首屆中美氣候領(lǐng)袖峰會做出碳減排承諾：力爭2022年完成全市碳排放達峰目標。然而根據(jù)模型測算結(jié)果表明，按照目前的發(fā)展趨勢，2022年及以后幾年內(nèi)武漢市都未能達到碳排放峰值，這明顯和武漢市碳減排承諾相違背，因此武漢市應(yīng)加快制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略和低碳土地利用規(guī)劃，早日實現(xiàn)土地的低碳利用。

表2 武漢市1996—2030年土地利用碳排放量 單位：104tTab.2 The total carbon emission of land use in Wuhan from 1996 to 2030 unit: 104t

4.3 政策模擬及分析

政策模擬是指通過改變系統(tǒng)動力學(xué)模型里部分政策變量來研究該政策的改變對整個系統(tǒng)最終結(jié)果的影響，它既是系統(tǒng)動力學(xué)分析的必備功能，也是本文尋求低碳調(diào)控途徑的方法。

城市土地利用碳排放與土地利用變化、經(jīng)濟水平、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、能源效率等有關(guān)[29]。因此，本研究主要對經(jīng)濟高速增長、技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整4種政策進行了情景模擬（表3）。

圖5 1996—2030年武漢市土地利用碳排放變化趨勢圖Fig.5 The total carbon emission change of land use in Wuhan from 1996 to 2030

表3 政策模擬方案Tab.3 Policy simulation program

表4 各方案的碳排放量模擬結(jié)果 單位：104tTab.4 The total carbon emission change under different policy simulation program unit: 104t

按照以上設(shè)定的4種政策情景，分別得到武漢市2017—2030年的土地利用碳排放量（表4、圖6），根據(jù)測算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

（1）經(jīng)濟增長是促進武漢市土地利用碳排放總量增長的重要因素，未來碳減排任務(wù)艱巨。數(shù)據(jù)表明，社會經(jīng)濟發(fā)展與土地利用碳排放顯著正相關(guān)，經(jīng)濟增長是促進土地利用碳排放總量增長的重要因素。然而，中國目前仍處于發(fā)展階段，在未來很長一段時間里，保持國民經(jīng)濟的快速增長以及人民生活水平的穩(wěn)健提升仍將是中國的發(fā)展重心，經(jīng)濟的飛速增長勢必帶動碳排放量的快速增長，未來碳減排任務(wù)將更加艱巨。

圖6 各方案碳排放量與原預(yù)測值對比圖Fig.6 Comparison of carbon emission between policy simulation programs and original predictive value

（2）調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，控制農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變是抑制武漢市土地利用碳排放量的主要途徑。城市土地的合理布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以改善不同產(chǎn)業(yè)用地的配置格局，從而減弱經(jīng)濟發(fā)展對產(chǎn)業(yè)用地的需求，減少碳匯用地向碳源用地的轉(zhuǎn)變，最終抑制了碳的排放。

（3）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對減少土地利用碳排放有著重要作用。第二產(chǎn)業(yè)對焦炭、石油等化石能源的需求量比第三產(chǎn)業(yè)更多，能源消費量更大，從而碳排放量也更大。因此，應(yīng)當調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步減少第二產(chǎn)業(yè)的比重，重點支持能源消費較少的第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[7]。

（4）能源效率提高對減少土地利用碳排放有一定的作用，但效果明顯弱于土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。數(shù)據(jù)表明，能源效率的提高能夠促進土地利用碳減排，但其效果有限，這也從側(cè)面表明能源效率因素相對于土地因素以及經(jīng)濟因素而言對土地利用碳排放系統(tǒng)的影響較?。灰虼?，合理利用土地、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展模式將是今后實現(xiàn)土地利用碳減排的主要途徑。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

本文基于系統(tǒng)動力學(xué)模型，對武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)進行了模擬與仿真，同時利用Vensim軟件動態(tài)模擬了武漢市土地利用碳排放的發(fā)展趨勢。通過模型的仿真與模擬，主要得到以下結(jié)論：

（1）系統(tǒng)動力學(xué)模型的運行結(jié)果表明，運用該模型預(yù)測武漢市土地利用碳排放量以及進行相對應(yīng)的政策模擬是可行的，這一模型也將適用于其他地區(qū)類似問題的分析研究。

（2）若系統(tǒng)環(huán)境按照目前的趨勢發(fā)展，外在條件不發(fā)生明顯變化，武漢市碳排放總量將保持逐年上升的趨勢。因此，應(yīng)加快制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略和低碳土地利用規(guī)劃，早日實現(xiàn)土地的低碳利用。

（3）政策模擬結(jié)果表明，經(jīng)濟的高速發(fā)展對土地利用碳排放量的增加具有顯著的影響作用。因此，應(yīng)改變傳統(tǒng)的以資源高消耗與環(huán)境惡化為代價的經(jīng)濟發(fā)展方式，全面推廣低碳經(jīng)濟，使經(jīng)濟發(fā)展保持高效、可持續(xù)。

（4）調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及提高能源效率都能夠有效減少武漢市土地利用碳排放，其中，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的作用效果相對更加顯著。

（5）本文對武漢市土地利用碳排放系統(tǒng)進行了仿真測算以及政策模擬，有助于定量地解釋武漢市發(fā)展中存在的問題以及探尋土地低碳利用的方向以及模式。但是由于系統(tǒng)動力學(xué)模型在一些因素的選取以及相關(guān)關(guān)系的描述帶有一定的主觀性,如何結(jié)合其它方法客觀優(yōu)化模型,更好地模擬城市土地利用碳排放系統(tǒng)還有待進一步深入研究。

5.2 政策建議

基于以上分析，提出以下建議，以期改善未來武漢市土地利用碳排放的嚴峻形勢。

（1）改變經(jīng)濟發(fā)展模式，全面推廣低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟。武漢市高能耗、高污染的經(jīng)濟發(fā)展方式是造成土地利用碳排放量增長的重要原因。因此，應(yīng)當改變經(jīng)濟發(fā)展模式，將“節(jié)約資源和保護環(huán)境”作為發(fā)展目標，探尋低能耗、低污染、高科技的低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展方式。

（2）升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將經(jīng)濟升級到一個高效率、低能耗、低污染的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)。目前武漢市還是將第二產(chǎn)業(yè)作為經(jīng)濟發(fā)展的重心，對于焦炭、石油等化石能源的需求仍然很大，帶來的碳排放量也很大。因此，武漢市應(yīng)加快推進第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高第三產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率，在保證經(jīng)濟高速發(fā)展的同時減少能源消耗，減輕環(huán)境污染。從能源消費結(jié)構(gòu)來看，重工業(yè)比輕工業(yè)的能源消耗強度更大，提高輕工業(yè)的比重也是提高低碳發(fā)展水平的一個重要途徑。

（3）調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，促進土地集約利用，最大限度降低碳排放。一方面，隨著經(jīng)濟與城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，農(nóng)用地非農(nóng)化現(xiàn)象也越來越嚴重，政府應(yīng)當對建設(shè)用地規(guī)模進行嚴格控制，嚴禁無節(jié)制犧牲農(nóng)用地以擴張建設(shè)用地的行為。同時，還應(yīng)當堅守耕地保護紅線，推廣植樹造林活動以提高森林覆蓋率、擴大公共綠地面積以改善城市生態(tài)功能，通過增加碳匯以降低碳排放。

另一方面，政府在采取“退二進三”模式調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以降低碳排放的同時，還應(yīng)減少建設(shè)用地的碳強度，特別是工業(yè)用地的碳強度。應(yīng)當通過合理布局，不斷挖掘建設(shè)用地的內(nèi)部潛力，實現(xiàn)集約化利用；同時全面推廣節(jié)能減排技術(shù)，大力打造以低碳環(huán)保為發(fā)展重點的高新工業(yè)園區(qū)，對占地少、效益高、污染少的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)給予政策、資金上的鼓勵與支持。

（4）科學(xué)技術(shù)是低碳經(jīng)濟發(fā)展的動力，積極開發(fā)先進的低碳發(fā)展技術(shù)是實現(xiàn)土地低碳利用的重要手段。政府應(yīng)借助產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的契機，進一步提升能源密集產(chǎn)業(yè)的能源利用效率，降低單位GDP能耗。其次，政府應(yīng)當大力扶持環(huán)保新能源開發(fā)項目，大力推廣先進的用能技術(shù)，加大節(jié)能政策宣傳力度，完善節(jié)能政策獎勵機制，擴大使用可再生能源，降低對化石能源的依賴程度，從而根源上減少碳排放。

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（本文責(zé)編：王慶日）

Simulation of Urban Land Use Carbon Emission System based on a System Dynamic Model: Take Wuhan as an Example

WU Meng, REN Li, CHEN Yin-rong
（College of Public Administration, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070，China）

The purpose of this paper is to analyze the impacts of land, population, society, economy and energy on carbon emission from the perspective of system, to simulate the land use carbon emission system of Wuhan city from 2017 to 2030 with different policies situations, and to provide reference for the low-carbon development strategy and the lowcarbon land-use planning. The method is system dynamics. The result shows that the model is valid. If the current trend continues, the carbon emissions will increase year by year in Wuhan. The rapid economic development has a significant effect on urban land use carbon emissions in Wuhan. Adjusting land use structure and industrial structure and improving energy efficiency can effectively reduce urban land use carbon emissions in Wuhan. In particular, adjusting land use structure and industrial structure has a more obvious effect. It is concluded that transforming the economic growth mode, upgrading the industrial structure, adjusting land use structure, and developing the advanced low carbon technology arethe important ways to achieve low-carbon development in Wuhan.

land use; carbon emissions; system dynamics; simulation; low-carbon

F301.24

A

1001-8158（2017）02-0029-11

10.11994/zgtdkx.20170215.095601

2016-10-09；

2016-12-09

國家社科基金項目“基于系統(tǒng)仿真的城市土地利用碳排放分析與低碳利用調(diào)控研究”（14BGL218）。

吳萌（1989-），女，湖北武漢人，博士研究生。主要研究方向為土地經(jīng)濟與管理。E-mail: 147543150@qq.com

陳銀蓉（1963-），女，湖南長沙人，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向為土地經(jīng)濟與管理。E-mail: chyinrong@126.com