基于高精度地表覆被類型數(shù)據(jù)的市域尺度碳收支核算

鄭屹 吳玥玥 楊俊宴＊

市域空間是碳排放的主要載體，僅占全球陸地面積2%～3%的市域土地范圍，在產(chǎn)出全球約70%GDP總量的同時，也消耗了60%～80%的化石等各類能源，產(chǎn)生了超過75%的碳排放和70%以上的固廢垃圾[1-3]。從國內(nèi)整體態(tài)勢來看，伴隨著中國快速城鎮(zhèn)化的發(fā)展歷程，中國城鎮(zhèn)化率已經(jīng)從17.9%上升至64.72%，城市數(shù)量也從193個上升至2021年底的685個[4]。中國城鎮(zhèn)市域建設(shè)面積僅占全國國土面積約1.2%，相當(dāng)于全部建設(shè)用地的28%。但是，其碳排放量卻占中國總碳排放量的近80%[5]。由此可見，中國大多數(shù)城市正處于“高碳城市”的發(fā)展階段[6]。根據(jù)住建部發(fā)布的《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實施方案》中所指出的“2030年前，城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳排放達(dá)到峰值；力爭到2060年城鄉(xiāng)建設(shè)方式全面實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型”的總體要求，城市低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型正在面臨“大量建設(shè)、大量消耗、大量排放”的挑戰(zhàn)，以及“2030年、2060年”2個時間節(jié)點的約束。其中，對市域內(nèi)部的總體碳收支情況進(jìn)行精確核算，是進(jìn)行低碳城市建設(shè)的前提與基礎(chǔ)工作，精準(zhǔn)的碳收支核算結(jié)果及城市碳源空間的分布特征也可為規(guī)劃設(shè)計的介入提供科學(xué)支撐。

然而，當(dāng)前對于市域空間范圍內(nèi)碳收支的核算存在2個現(xiàn)實問題。首先，在核算尺度方面，既有研究大多從國家、區(qū)域、省域、流域等宏觀尺度[7-8]，或者建筑單體微觀尺度展開研究[9-10]，缺乏對中觀市域尺度內(nèi)部碳收支情況的核算。事實上，市域范圍內(nèi)所包含的多類高密度建設(shè)空間（碳源）、自然生態(tài)空間（碳匯）等，使得碳收支在市域尺度中就構(gòu)成了一個具有循環(huán)轉(zhuǎn)化效能的系統(tǒng)[11]。因此，通過對市域尺度碳源空間和碳匯空間的解析，進(jìn)行市域碳收支的核算，對于完善碳收支核算方法所涵蓋的空間尺度范圍、指導(dǎo)低碳城市規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實意義。另外，在碳收支核算方法方面，既有研究主要采取清查實測法、渦度相關(guān)法、生態(tài)系統(tǒng)過程模擬法和排放因子核算法等。其中，生態(tài)系統(tǒng)過程模擬法更多考量的是區(qū)域尺度下的大氣循環(huán)過程及自然生態(tài)要素的碳排放及碳固匯的效能，并不能較好地反映市域總體碳排-碳匯情況[12]。清查實測法和渦度相關(guān)法較為準(zhǔn)確，但工作量大，裝置設(shè)備成本高，在市域尺度碳收支核算的適用性較差[13]。排放因子法是聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）碳排放核算模型、世界資源研究所（The World Resources Institute, WRI）碳排放核算模型等國際主流碳核算模型普遍采用的方法，即排放量等于活動水平乘以排放因子，該方法通過活動水平量化了城市碳排放的活動。但是，該方法的局限性在于并沒有考慮市域內(nèi)的碳匯因素，難以反映市域總體“碳排-碳匯”情況[12]。

因此，當(dāng)前在市域尺度上仍然缺乏一種考慮碳源、碳匯因素的綜合碳收支核算方法。對此，土地覆蓋類型作為市域建設(shè)和發(fā)展的基本空間載體，不同地表覆被類型是直接影響碳源、碳匯的重要因素[13]。同時，根據(jù)全球碳項目（global carbon project, GCP）研究數(shù)據(jù)，全球范圍內(nèi)約400億t的CO2排放量中的14%來自不同的地表覆被類型，而地表覆被變化引起的碳排放占全部溫室氣體排放的近1/3[14]。另外，Campbell等的研究也表明，市域內(nèi)的林地、水體等地表覆被類型所具有的碳匯能力，使得其構(gòu)成了市域碳收支系統(tǒng)中的重要組成部分[15]。

綜上所述，本研究從市域尺度出發(fā)，首先通過梳理地表覆被類型及其碳排放與碳匯的效能，建構(gòu)市域碳收支理論模型。進(jìn)而，以此為基礎(chǔ)選擇GlobeLand30地表覆被的30 m精度遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合電力能耗和工業(yè)能耗數(shù)據(jù)，對市域的碳收支情況進(jìn)行核算。進(jìn)而，選擇南京為案例對本研究所提出的碳收支核算方法進(jìn)行實證，并通過空間坐標(biāo)映射分析市域尺度下碳源與碳匯的空間分布特征。

1 市域碳收支理論模型建構(gòu)

1.1 市域地表覆被類型構(gòu)成

明確碳收支的核算邊界以及其中碳源與碳匯要素構(gòu)成，是進(jìn)行總體碳收支核算的基礎(chǔ)工作。因此，在構(gòu)建市域碳收支理論模型前，需要對不同尺度下的碳源與碳匯構(gòu)成要素類型進(jìn)行界定。根據(jù)既有相關(guān)研究的核算內(nèi)容，可以將碳源與碳匯的構(gòu)成大致劃分為宏觀、中觀、微觀和渺觀4個研究尺度[16]。其中，宏觀尺度是指國家、省域、區(qū)域、流域等層級的碳排放核算以及碳匯效能。該尺度的碳排放和碳匯核算重點聚焦在能源、工業(yè)、區(qū)域交通和自然地理環(huán)境等要素維度，通常從地球環(huán)境科學(xué)的視角來進(jìn)行碳排放和碳匯的總體核算[17]。中觀尺度主要包含市域、特定地區(qū)等層級。該尺度的碳收支核算主要對市域范圍內(nèi)的建筑、工業(yè)、自然山體、水體、林地、綠地等多個要素類型的整體碳收支情況進(jìn)行綜合核算[18]。微觀和渺觀尺度一般是指城市中的單一社區(qū)以及單體建筑及建筑室內(nèi)空間的層級，該尺度在城市碳排放研究領(lǐng)域可被視為最小的測度單元[9]。該尺度主要對社區(qū)、建筑單體及室內(nèi)空間的物理環(huán)境、暖通能耗、固廢排放情況等進(jìn)行分析與測度并提出相應(yīng)的策略。由此可見，中觀市域尺度所含要素內(nèi)容與城市規(guī)劃設(shè)計的介入措施具有較強(qiáng)的相關(guān)性，同時結(jié)合國家及地方政府所發(fā)布的減碳目標(biāo)實施邊界，本研究選擇中觀尺度的市域作為碳收支核算的邊界范圍，以CO2作為碳收支的核算對象。

市域尺度包括城市建成區(qū)、分散在近郊區(qū)的鄉(xiāng)村建設(shè)用地以及非建設(shè)的生態(tài)用地等多種地表覆被類型。按照相關(guān)地表覆被的類型屬性，在碳收支整體系統(tǒng)框架下可分為碳源、碳匯2類屬性。碳源屬性的地表覆被類型主要包括由工業(yè)用地、非工業(yè)用地所共同構(gòu)成的城市建設(shè)用地類型，以及承載農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能的耕地。碳匯屬性的地表覆被類型主要包括林地、草地以及自然水體3種類型。其中，工業(yè)用地和非工業(yè)用地為單向的碳排放地表覆被類型，是市域尺度的主要碳源構(gòu)成[18]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的耕地，雖然兼具碳排放和碳匯效能，但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用化肥、農(nóng)藥等產(chǎn)生碳排放，耕地板結(jié)也導(dǎo)致了自身碳匯能力消退，在實際碳收支系統(tǒng)中其碳排放高于碳匯效能[19]，因而作為碳源構(gòu)成要素進(jìn)行核算。

1.2 市域碳收支理論模型

在市域尺度地表覆被類型的基礎(chǔ)上，建構(gòu)基于地表覆被碳源和碳匯要素轉(zhuǎn)化抵消機(jī)理的市域碳收支理論模型（圖1）。其中，市域內(nèi)的耕地、工業(yè)用地和非工業(yè)用地覆被類型構(gòu)成了模型中的碳源端，即碳收支系統(tǒng)中的碳增量部分；林地、草地、水體3類地表覆被類型則構(gòu)成了模型中的碳匯端，即市域碳收支系統(tǒng)中的固匯量部分。

1 基于地表覆被類型的市域碳收支理論模型Theoretical model of urban carbon budget based on land cover type

在市域碳收支理論模型中，可以將上述6類地表覆被類型進(jìn)一步按照碳排與碳匯特征劃分為直接碳排、間接碳排和直接碳匯3種作用方式（表1）。其中，碳源端的直接碳排包含工業(yè)用地及耕地；間接碳排為非工業(yè)用地類型，如居住用地、商業(yè)商務(wù)用地等，其主要碳排由日常運行過程中的能耗構(gòu)成；直接碳匯為市域所含的林地、草地和水體3類地表覆被類型。其中，文中所述水體指市域范圍內(nèi)所包含的河流、湖泊、水庫、濕地及以水體為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)總稱。在市域尺度的碳收支理論模型中，水體生態(tài)系統(tǒng)屬于自養(yǎng)型生態(tài)系統(tǒng)，主要發(fā)揮固碳與碳匯功能[20]。同時也有研究表明，在市域或更大尺度下，隨著水體富營養(yǎng)化、湖泊有機(jī)碳礦化和食物鏈固碳能力下降，水體也面臨碳匯、碳源角色轉(zhuǎn)化的可能。但是，在市域碳收支理論模型中，構(gòu)成城市藍(lán)綠體系的水體要素依舊主要發(fā)揮自身所具有的碳匯功能[20]。

表1 市域地表覆被類型及其碳收支作用匯總Tab.1 Summary of urban land cover types and their role in carbon budget

2 市域碳收支核算方法

2.1 市域碳收支核算方法框架

基于市域碳收支理論模型，以及其中所含的各類地表覆被類型在碳源、碳匯循環(huán)過程中的作用關(guān)系，構(gòu)建市域總體碳收支核算方法框架（圖2）。1）分別采集反映市域碳源情況的地表覆被、電力能耗和工業(yè)用地所涉及的化石能源消費數(shù)據(jù)。2）疊加反映生態(tài)碳匯情況的地表覆被數(shù)據(jù)，構(gòu)成以地表覆被類型為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)直接、間接能源消耗數(shù)據(jù)的市域碳收支核算依據(jù)，并分別明確市域碳收支系統(tǒng)所含要素各自的碳排放與碳匯系數(shù)。3）針對市域碳收支過程中的直接碳排放、間接碳排放和碳匯作用機(jī)制，分別采用地表覆被類型碳排放系數(shù)法、直接碳排放系數(shù)法和間接碳排放系數(shù)法，對各類地表覆被類型的碳匯量和市域碳匯總量，碳源端的直接、間接碳排放量和市域碳排放總量進(jìn)行相應(yīng)的測算，并通過相互之間的抵消轉(zhuǎn)換關(guān)系得到市域總體碳收支的核算結(jié)果。4）通過將碳排放核算結(jié)果與相應(yīng)的城市地理位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)，分析市域尺度上碳源與碳匯的空間分布情況，作為后續(xù)低碳導(dǎo)向城市規(guī)劃的參考依據(jù)。

2 市域總體碳收支核算方法框架Methodological framework for urban overall carbon budget accounting

2.2 數(shù)據(jù)選擇與數(shù)據(jù)屬性

構(gòu)建地表覆被與能源消耗相結(jié)合的計算數(shù)據(jù)，是開展市域總體碳收支核算的基礎(chǔ)。根據(jù)市域碳循環(huán)過程所含的直接和間接碳排放地表覆被類型，以及具有直接碳匯作用的主導(dǎo)地表類型，本研究共獲取了地表覆被類型數(shù)據(jù)、電力能源消費數(shù)據(jù)和工業(yè)活動能源消費數(shù)據(jù)3類計算數(shù)據(jù)集（表2）。

表2 市域碳收支核算數(shù)據(jù)基本信息Tab.2 Basic data on urban carbon budget accounting

其中，市域地表覆被類型數(shù)據(jù)，主要用以反映市域尺度所包含的林地、草地、水體、耕地、工業(yè)用地和非工業(yè)用地6種主要地表覆被類型的范圍、面積和邊界。研究采用自然資源部研制的GlobeLand30全球地表30 m精度覆蓋遙感數(shù)據(jù)集（其中地表覆被類型數(shù)據(jù)主要為GeoTiff格式的多光譜影像），并采用WGS1984坐標(biāo)系。該數(shù)據(jù)集包含林地、冰川、人造地表等10類地表覆被類型，結(jié)合所選案例城市的地理位置以及整體地表覆被條件，本研究在進(jìn)行市域總體碳收支核算時使用了其中6類城市所含的主要地表類型。在此基礎(chǔ)上，選擇電力能源消費數(shù)據(jù)用以反映城市運行過程中所產(chǎn)生的能耗狀態(tài)，主要對市域碳源端的直接和間接碳排放進(jìn)行校正測算。本研究采用的電力能耗數(shù)據(jù)為Chen等[21]發(fā)布的網(wǎng)格化修正的城市電力消耗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度為1 km×1 km，采用WGS1984坐標(biāo)系。工業(yè)活動能源消費數(shù)據(jù)反映的是工業(yè)生產(chǎn)活動過程中使用化石類能源的情況，主要用于對市域范圍內(nèi)的工業(yè)用地類型在生產(chǎn)活動過程中所產(chǎn)生的直接碳排放進(jìn)行測算。對此，研究采用了官方發(fā)布的能源使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并依據(jù)能源平衡表選取原煤、焦炭、原油等27種能源（單位：kgce）消費量，對工業(yè)生產(chǎn)的直接碳排放進(jìn)行補(bǔ)充測算。

表3 各地表覆被類型碳排放、碳匯系數(shù)匯總[23-29]Tab.3 Summary of carbon emission and carbon sink coefficients of each type of land cover[23-29]

2.3 市域碳收支計算模型

當(dāng)前國內(nèi)、國際上對于碳排放的計算存在多種應(yīng)用模型。其中，由世界氣象組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署所共同建立的政府間氣候變化專門委員會制定的IPCC模型，以及發(fā)布的包含能源、工業(yè)過程以及土地利用等在內(nèi)的溫室氣體清單，具有相對較高的兼容性以及權(quán)威性[7]。因此，本研究采用IPCC模型作為進(jìn)行市域碳收支核算的基礎(chǔ)參照。前已述及，市域總體碳收支的核算主要基于6類地表覆被類型，以及在市域碳收支系統(tǒng)中碳源和碳匯兩端在循環(huán)抵消過程中所具有的直接碳排放、間接碳排放和直接碳匯3種作用方式。針對不同地表覆被類型的碳排放和碳匯特征，在市域碳排放和碳匯計算時主要使用3種不同的計算方法。

1）基于地表覆被類型的直接碳排和碳匯測算。市域范圍內(nèi)的碳排放和碳匯計算主要基于耕地、林地、草地和水體4類地表覆被類型。由于城鎮(zhèn)建設(shè)用地覆被類型的主要碳排放來源于城鎮(zhèn)日?；顒舆^程中使用各類能源所產(chǎn)生的直接與間接排放，因而選擇其他更加準(zhǔn)確的碳排放計算方法。在市域地表覆被類型方面，由于耕地、林地、草地和水體的碳排放及碳匯在長時間內(nèi)具有穩(wěn)定的狀態(tài)[22]，因此針對該類要素的測算采用基于地表覆被類型碳排放系數(shù)反演方法進(jìn)行測算，計算式為

其中，Eecology為生態(tài)用地碳排放總量，ei為各類生態(tài)用地要素碳排放，i為生態(tài)用地要素種類代碼，Si為林地、耕地、草地、水體的面積，αi為各地表覆被類型碳排放因子，碳排放用地系數(shù)為正，碳匯用地系數(shù)為負(fù)。參考既往研究，確定市域中各地表覆被類型的碳排放系數(shù)（表3）。

2）基于能源消耗的工業(yè)用地直接碳排放測算。對市域范圍內(nèi)的工業(yè)用地碳排放進(jìn)行測算，主要是對工業(yè)用地在生產(chǎn)和運行活動過程中的各類化石能源消耗所產(chǎn)生的直接碳排放進(jìn)行核算。依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)活動的主要化石能源消耗類型，選取包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、天然氣等在內(nèi)的能源消耗量以及工業(yè)生產(chǎn)過程中的電力能耗作為計算基礎(chǔ)，計算式為

其中，Eindustry為工業(yè)碳排放總量，i為能源類型代碼，N為城市消耗能源類型的數(shù)量，Ci為各類能源消耗量，Di為各類能源標(biāo)準(zhǔn)煤折標(biāo)系數(shù)，EFi為各類能源碳排放系數(shù)，碳排放系數(shù)取自《省級溫室氣體清單編制指南》和IPCC模型，各類能源標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)參考《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

3）基于電力能耗的建筑用地間接碳排放測算。在工業(yè)用地之外，市域城鎮(zhèn)建筑用地包含居住用地、商業(yè)商務(wù)用地等非工業(yè)建筑用地類型。此類用地的碳排放主要來源于其所承載的人類活動在生產(chǎn)生活過程中產(chǎn)生的能耗數(shù)據(jù)，其中電力能耗是最主要的類型。根據(jù)用地類別及使用途徑的不同，國家電網(wǎng)公司將電力能耗類型劃分為居民生活用電、一般工商業(yè)用地用電、大工業(yè)用電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電。其中，在市域尺度的非工業(yè)城市建成區(qū)域，電力能耗可細(xì)分為居住建筑用電、商業(yè)商務(wù)建筑用電以及公共服務(wù)建筑用電。在消費端的使用過程中，由于電力能耗本身并不產(chǎn)生直接碳排放，因此測算此類用地碳排放主要采用間接排放系數(shù)法，計算式為

其中，Earchitecture為建筑用地碳排放總量，Ce為建筑總用電量，CR為居住建筑用電量，CB為商業(yè)建筑用電量，CA為公共服務(wù)建筑用電量，EFe為電力能耗排放因子。其中，按照國家生態(tài)環(huán)境部規(guī)定電力能耗碳排放因子為0.581 0 tCO2/MWh。

在對市域不同地表覆被類型的碳排放和碳匯測算的基礎(chǔ)上，依據(jù)市域尺度下碳源端的碳排放與碳匯端的碳固匯之間的轉(zhuǎn)化抵消作用，實現(xiàn)市域總體碳收支核算。

3 市域碳收支核算實證研究

3.1 研究案例選擇

綜合考量市域地表覆被類型、工業(yè)類型、建筑用地規(guī)模及密度等因素，本研究選擇江蘇省南京市作為案例，對市域總體碳收支的核算方法進(jìn)行實證研究。南京市為長三角特大城市，市域建成區(qū)具有典型的高密度特征。南京市共下轄11個市轄區(qū)（圖3-1），其中建鄴區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)、鼓樓區(qū)、雨花臺區(qū)的地表覆被類型基本均為非工業(yè)建設(shè)用地；棲霞區(qū)、浦口區(qū)則包含非工業(yè)建設(shè)用地和工業(yè)建設(shè)用地，其中浦口區(qū)內(nèi)還包含較大面積的山體和耕地；六合區(qū)、溧水區(qū)、高淳區(qū)、江寧區(qū)范圍內(nèi)則以耕地、林地為主要地表覆被類型，其中高淳區(qū)、溧水區(qū)范圍內(nèi)還包含較大面積的湖泊水體。

3 南京市域范圍區(qū)劃（3-1）及地表覆被類型（3-2）Urban area division (3-1) and land cover type (3-2) of Nanjing

從南京市域整體地表覆被情況來看，根據(jù)2021年數(shù)據(jù)，南京市域范圍內(nèi)的地表覆被類型以耕地和人造地表為主，林地、水體次之，其余零星分布有未利用的裸露地表（圖3-2）。根據(jù)GlobeLand30數(shù)據(jù)進(jìn)行不同地表覆被類型面積測算可知，南京市域范圍內(nèi)耕地面積約為3 829.69 km2，占南京市總面積的57.81%；包含工業(yè)用地和非工業(yè)建設(shè)用地的人造地表面積約為1 562.33 km2，占南京市總面積的23.58%；其余分布范圍較廣的為水體，面積為529.03 km2，占比7.99%；林地覆蓋面積占南京市總面積的10.26%；草地面積占比約為0.34%。由此可見，南京市域范圍內(nèi)碳源端的直接和間接碳排放來源承載用地規(guī)模占南京市總面積的81.39%，而作為市域碳匯端的生態(tài)系統(tǒng)地表類型僅占約18.61%，市域整體碳收支中的碳源增量遠(yuǎn)高于碳匯效能。

3.2 南京市域碳收支核算實證

依據(jù)市域尺度碳收支理論模型，各類地表覆被類型在整體轉(zhuǎn)換抵消過程中的碳排放和碳匯作用途徑，以及碳源、碳匯端的構(gòu)成情況，本研究按所建構(gòu)的市域碳收支核算方法，分別獲取南京市2021年的GlobeLand30地表覆被數(shù)據(jù)、電力能耗柵格數(shù)據(jù)以及所含工業(yè)生產(chǎn)活動的能源消費統(tǒng)計數(shù)據(jù)。進(jìn)而，以南京市域為研究邊界，以所轄11個市轄區(qū)的127個街道行政管理單元為基本核算范圍，分別進(jìn)行碳源和碳匯的核算，并觀察其空間分布特征。

3.2.1 南京市域碳源端核算

南京市域范圍內(nèi)碳源端的各類型地表覆被碳排放計算，主要以《南京市統(tǒng)計年鑒（2021年）》主要能源品種按工業(yè)行業(yè)分組消費量數(shù)據(jù)、工業(yè)和城鄉(xiāng)居民生活用電量數(shù)據(jù)，以及2021年南京市電力能耗柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。通過關(guān)聯(lián)耕地碳排放系數(shù)，工業(yè)用地以及非工業(yè)建設(shè)用地的能耗碳排放系數(shù)，進(jìn)行南京市域不同地表覆被類型的直接與間接碳排放核算，并對數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。在此基礎(chǔ)上，通過主要工業(yè)能源消耗碳排放系數(shù)法，以及前文所述電力能耗間接碳排放核算方法等，測算出南京市域范圍內(nèi)最高的碳排放類型為工業(yè)用地碳排放，碳排放量為25 273.81萬tCO2，其中礦業(yè)生產(chǎn)類碳排放量為11.38萬tCO2，制造業(yè)和建造工業(yè)碳排放量約為25 256.28萬tCO2，其他一般輕工業(yè)碳排放量約為6.18萬tCO2；非工業(yè)建筑用地的碳排放量約為3 091.84萬tCO2；耕地的碳排放量則為16.04萬tCO2。

在空間分布方面，南京市域范圍內(nèi)的碳排放主要分布于以非工業(yè)建筑用地主導(dǎo)的中心城區(qū)和工業(yè)用地主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)（圖4）。其中，非工業(yè)建筑用地的高碳排放區(qū)域主要分布在夫子廟、新街口等商業(yè)商務(wù)業(yè)態(tài)高度集聚的城市中心區(qū)以及金港科技創(chuàng)業(yè)中心、江蘇省生命科技創(chuàng)新園、南京紫東國際創(chuàng)業(yè)園等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園區(qū)及商務(wù)區(qū)，并在整體空間分布層面呈現(xiàn)由內(nèi)向外圈層遞減的趨勢。在工業(yè)用地碳排放空間分布方面，工業(yè)直接碳排主要分布在六合區(qū)“大廠街道—化工園區(qū)”產(chǎn)業(yè)集聚簇群、雨花區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚簇群，以及南京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)等產(chǎn)業(yè)集聚簇群，呈現(xiàn)出與非工業(yè)建筑用地相反的由內(nèi)向外圈層遞增的趨勢。市域范圍內(nèi)的耕地直接碳排放主要分布在六合區(qū)、高淳區(qū)等耕地覆蓋較多的區(qū)域。

4 南京市域碳排放空間分布Spatial distribution of urban carbon emissions in Nanjing

3.2.2 南京市域碳匯端核算

基于碳源端各地表覆被類型的碳匯系數(shù)，對南京市域范圍內(nèi)碳源端所含水體、林地和草地的碳匯量進(jìn)行計算，并對計算結(jié)果進(jìn)行歸一化處理和空間分析。南京市域范圍生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力分別為水體碳匯量12.79萬t CO2、林地碳匯量4.33萬tCO2、草地碳匯量0.086萬tCO2?？梢姡w是南京市域范圍內(nèi)碳匯的首要載體。與南京市域地表覆被類型進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)水體在市域碳匯中占首要地位的主要原因為橫貫?zāi)暇┑拈L江、中心市區(qū)內(nèi)的內(nèi)外秦淮河及其附屬水系，以及散布的石臼湖、固城湖等湖泊及坑塘等空間要素的占比大。

從市域碳匯量的空間分布格局上看，南京市總體碳匯主要分布在山體區(qū)域以及濱臨長江的江寧街道、江浦街道、龍袍街道等街道范圍內(nèi)（圖5）。其中，溧水區(qū)的和風(fēng)鎮(zhèn)由于其地理位置緊鄰石臼湖水體，同時轄區(qū)內(nèi)遍布坑塘等要素，其所負(fù)載的碳匯量在市域范圍內(nèi)位居首位。南京市域范圍內(nèi)的草地碳匯主要集中在六合區(qū)的竹鎮(zhèn)鎮(zhèn)、金牛湖街道以及浦口區(qū)的江浦街道；南京市域范圍內(nèi)的林地碳匯主要集中在老山、湯山、將軍山、無想山等大型山體所在的空間范圍，另外市內(nèi)的紫金山、清涼山等也在小尺度的范圍內(nèi)具有一定碳匯負(fù)載效能；南京市域范圍內(nèi)的主要水體碳匯空間與長江、固城湖、石臼湖等自然水體具有直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，主要水體碳匯空間分布在江寧街道、江心洲、八卦洲等地。

5 南京市域碳匯空間分布Spatial distribution of urban carbon sinks in Nanjing

3.2.3 南京市域總體碳收支情況核算

在對南京市域碳源端和碳匯端分別進(jìn)行測算的基礎(chǔ)上，考慮在市域范圍內(nèi)碳源端和碳匯端之間所存在的轉(zhuǎn)換抵消機(jī)制，對南京市域總體碳收支情況進(jìn)行初步的核算（表4）。

表4 南京市域各地表類型碳排放總量匯總Tab.4 Summary of the total amount of carbon emissions by each land cover in Nanjing

根據(jù)計算所采用的2021年數(shù)據(jù)，南京市域范圍內(nèi)碳匯總量約為17.21萬tCO2，市域碳排放總量為28 381.69萬tCO2，南京市域總體凈碳排放總量約為28 364.48萬tCO2。在南京市域范圍內(nèi)，總體碳收支存在較大缺口，對于在規(guī)劃過程中推動低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型以及實現(xiàn)碳達(dá)峰構(gòu)成較大挑戰(zhàn)。對此，考慮市域尺度下的城市建成環(huán)境及基礎(chǔ)地表覆被的類型特征，在城市規(guī)劃、建設(shè)過程中，可將藍(lán)綠體系作為基礎(chǔ)性的碳源載體，合理規(guī)劃城市藍(lán)綠格局并布局生態(tài)廊道。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合城市所處氣候區(qū)及自然基礎(chǔ)條件，對市域內(nèi)的植物類型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而在有限的碳匯空間范圍內(nèi)使得城市內(nèi)的藍(lán)綠系統(tǒng)能夠發(fā)揮出最大的固碳、匯碳效能，進(jìn)而推動市域尺度碳收支達(dá)到整體平衡，促進(jìn)城市整體碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。

4 結(jié)論

在國家“2030碳達(dá)峰，2060碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的總體時間節(jié)點約束下，城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域如何基于自身學(xué)科內(nèi)涵開展“雙碳”研究，進(jìn)而平衡人類生產(chǎn)生活與自然環(huán)境的關(guān)系成為當(dāng)前亟待解決的學(xué)科問題。其中，對碳排放進(jìn)行科學(xué)、客觀的測算是支撐低碳城市規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作。本研究以市域為碳排放核算范圍，建構(gòu)了中觀市域尺度的碳收支理論模型，探索了市域尺度碳收支核算方法。本研究從中觀市域尺度進(jìn)行了以基礎(chǔ)地表覆被類型數(shù)據(jù)和間接能耗數(shù)據(jù)為支撐的總體碳收支核算，在一定程度上完善了既有以區(qū)域宏觀尺度和建筑單體微觀尺度為主的碳收支核算方法體系。在城市規(guī)劃及景觀設(shè)計實踐過程中可以作為基礎(chǔ)性工作，為城市綠地布置、城市藍(lán)綠體系規(guī)劃等提供參考和支撐。然而，需要指出的是城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域的“雙碳”研究涉及建筑、社區(qū)、街區(qū)、城區(qū)、市域等多個尺度，交通、建筑、生態(tài)環(huán)境等多個要素維度，以及建筑、風(fēng)景園林、城鄉(xiāng)規(guī)劃、能源與環(huán)境、交通工程、土木工程等多個學(xué)科。因此，本研究僅在城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)“雙碳”領(lǐng)域其中的一個尺度和相關(guān)要素方面進(jìn)行了探索，未來仍有大量的工作需要開展，從而不斷探索相關(guān)技術(shù)和理論，促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)和人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1～5均由作者繪制，其中圖3～5底圖來自江蘇省自然資源廳網(wǎng)站（zrzy.jiangsu.gov.cn/jsbzdt/index.html），審圖號為蘇S（2021）024號；表1～4均由作者編制。