本發(fā)明涉及城市精細(xì)化碳排放核算領(lǐng)域，具體涉及一種面向城市尺度的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合碳排放空間分布模擬方法。

背景技術(shù)：

1、全球氣候變化已成為人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?；剂先紵羌觿夂蜃兓淖钪饕?，約占全球溫室氣體排放的75%以上，占所有二氧化碳排放近90%。城市作為人類生產(chǎn)與生活的重要載體，能源消耗和碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，是全球碳排放的重要來源，其碳排放量約占全球碳排放量70%以上。國際能源署（international?energy?agency,?iea）報(bào)告中提出，到2050年全球城市人口將增加至少20%，城市能源需求也將大幅增長。因此，準(zhǔn)確量化分析城市能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放，深入了解其時(shí)空分布特征，對(duì)于理解城市碳排放演化規(guī)律，制定有效調(diào)控政策，以及國家和政府實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，促進(jìn)全球應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。

2、由于數(shù)據(jù)獲取的限制，當(dāng)前中國城市碳排放時(shí)空分布模擬方法主要基于碳排放監(jiān)測衛(wèi)星數(shù)據(jù)、人口分布與夜間燈光數(shù)據(jù)等進(jìn)行估算。這些方法存在空間分辨率存在局限性，例如夜間燈光數(shù)據(jù)空間分辨率僅為1km；此外，現(xiàn)有方法也難以對(duì)城市內(nèi)部不同能源消費(fèi)部門（民用、工業(yè)、商業(yè)建筑等）的碳排放進(jìn)行精細(xì)化量化與分析。

3、近年來，隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步，城市碳排放空間分布模擬方法主要依托城市碳排放總量，結(jié)合碳排放監(jiān)測衛(wèi)星數(shù)據(jù)、人口分布與夜間燈光數(shù)據(jù)等，對(duì)城市碳排放進(jìn)行空間化處理。該方法首先基于城市能源消費(fèi)數(shù)據(jù)計(jì)算碳排放總量，然后根據(jù)城市網(wǎng)格內(nèi)的夜間燈光強(qiáng)度、人口數(shù)量和二氧化碳濃度占全市相應(yīng)指標(biāo)的比重，通過權(quán)重分配的方式將城市總碳排放量在空間維度上進(jìn)行分配。該技術(shù)利用了遙感數(shù)據(jù)的高時(shí)空分辨率的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市碳排放時(shí)空分布的初步估算。然而，在刻畫城市內(nèi)部精細(xì)尺度、不同部門碳排放強(qiáng)度差異方面，該技術(shù)仍存在局限性。例如，城市發(fā)電供熱廠等工業(yè)企業(yè)通常是強(qiáng)碳排放點(diǎn)源，但在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行城市碳排放時(shí)空分布估算時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)這些區(qū)域碳排放量的嚴(yán)重低估，進(jìn)而高估城市民用建筑碳排放量。這種估算偏差源于現(xiàn)有方法缺乏對(duì)城市內(nèi)部不同碳排放源的精細(xì)區(qū)分和量化能力，導(dǎo)致估算結(jié)果與實(shí)際碳排放空間分布存在一定差異。

4、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的高時(shí)空分辨率城市碳排放時(shí)空分布估算方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種面向城市尺度的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合碳排放空間分布模擬方法，以解決城市碳排放空間分布模擬估算的空間分辨率低、準(zhǔn)確度不足的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種面向城市尺度的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合碳排放空間分布模擬方法，包括以下步驟：

4、步驟1：界定城市碳排放核算范圍；

5、步驟2：收集多源異構(gòu)數(shù)據(jù)；

6、步驟3：基于省級(jí)能源平衡表，結(jié)合不同行業(yè)部門的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，計(jì)算城市尺度下七大行業(yè)部門的主要能源類型消費(fèi)量；

7、步驟4：基于能源平衡表的建筑能耗拆分方法，對(duì)城市七大行業(yè)部門能源消費(fèi)量進(jìn)行修正；

8、步驟5：將所述七大行業(yè)部門與相應(yīng)城市建筑類型進(jìn)行匹配，建立城市行業(yè)部門能源消費(fèi)量與建筑功能用途類別對(duì)應(yīng)關(guān)系；

9、步驟6：基于不同建筑類型和能源類型的能源消費(fèi)量與碳排放因子，核算碳排放量；

10、步驟7：融合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建精細(xì)化能源消費(fèi)碳排放空間分布模型，將碳排放量空間分配至各類單體建筑，實(shí)現(xiàn)城市碳排放的精細(xì)化可視化。

11、進(jìn)一步地，步驟1中，將城市碳排放分為直接碳排放和間接碳排放兩大類，直接碳排放包括在城市邊界內(nèi)產(chǎn)生的物理排放，主要來源于化石能源燃料燃燒活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)過程，間接碳排放包括外界輸入建筑的電力和熱力所包含的碳排放，其中熱力部分又包括來自熱電聯(lián)產(chǎn)及區(qū)域鍋爐送入建筑的熱量。

12、進(jìn)一步地，步驟2中，所述多源異構(gòu)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)集和非空間數(shù)據(jù)集，所述空間數(shù)據(jù)集包括單體建筑分布數(shù)據(jù)、社區(qū)級(jí)人口普查數(shù)據(jù)以及poi數(shù)據(jù)；所述非空間數(shù)據(jù)集包括省級(jí)能源平衡表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、省市級(jí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)、城市工業(yè)企業(yè)所屬行業(yè)名錄、重點(diǎn)污染企業(yè)信息以及能源類型對(duì)應(yīng)的碳含量、低位熱值與氧化率。

13、進(jìn)一步地，步驟3中，所述七大行業(yè)部門包括工業(yè)；交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)；批發(fā)和零售業(yè)、住宿和餐飲業(yè)；其他；城鎮(zhèn)居民生活；鄉(xiāng)村居民生活；火力發(fā)電；能源類型消費(fèi)量的計(jì)算公式如下：

14、（1）；

15、式中，ad表示能源消費(fèi)量，i表示不同行業(yè)類型，a表示不同行業(yè)選擇的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

16、進(jìn)一步地，步驟4中，對(duì)城市七大行業(yè)部門能源消費(fèi)量進(jìn)行修正的方法如下：

17、確定建筑能耗基礎(chǔ)量；

18、去除建筑能耗基礎(chǔ)量中的非建筑能耗；

19、補(bǔ)充交通運(yùn)輸部門中包含的建筑用能。

20、進(jìn)一步地，步驟6中，不同建筑類型與能源類型的碳排放量核算如下：

21、（1）基于所選能源類型的低位熱值、單位能源熱值的含碳量與氧化率計(jì)算碳排放因子，具體計(jì)算公式如下：

22、（2）；

23、其中，i為碳排放因子，j為能源類型，l為能源低位熱值，p為單位能源熱值的含碳量（kj/m3或者kj/kg），o為能源燃燒過程中的氧化率（%），44/12為碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳的轉(zhuǎn)換系數(shù)；

24、（2）基于不同建筑類型能源消費(fèi)量與能源類型的碳排放因子，計(jì)算各建筑類型碳排放量，具體計(jì)算公式如下：

25、（3）；

26、其中，e為人為活動(dòng)能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放總量，m為不同的建筑類型，j為能源類型，c為能源消費(fèi)實(shí)物量，i為碳排放因子。

27、進(jìn)一步地，步驟7中，具體步驟包括：

28、根據(jù)城市七大行業(yè)部門與所屬建筑類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將核算得到的碳排放量劃分為三大類：居民生活建筑碳排放、第三產(chǎn)業(yè)建筑碳排放和工業(yè)企業(yè)碳排放；

29、綜合考慮影響三大碳排放領(lǐng)域的不同因素，針對(duì)每一類碳排放選擇空間分配指標(biāo)，構(gòu)建精細(xì)化能源消費(fèi)碳排放空間分布模型；

30、應(yīng)用精細(xì)化能源消費(fèi)碳排放空間分布模型，對(duì)居民生活建筑、第三產(chǎn)業(yè)建筑和工業(yè)企業(yè)三類碳排放量進(jìn)行精確計(jì)算和空間分布模擬。

31、進(jìn)一步地，所述居民生活建筑碳排放的計(jì)算步驟具體如下：

32、步驟711：篩選城市單體建筑分布數(shù)據(jù)中建筑類型屬于城鎮(zhèn)住宅建筑和農(nóng)村居住用房的地塊，并識(shí)別包含這些地塊的人口普查區(qū)塊；

33、步驟712：根據(jù)每個(gè)人口普查區(qū)塊的人口數(shù)量占全市總?cè)丝跀?shù)量的權(quán)重，將修正后的城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民生活年碳排放量分配至對(duì)應(yīng)的人口普查區(qū)塊，得到社區(qū)級(jí)居民生活碳排放量，具體計(jì)算公式如下：

34、（4）；

35、式中，ei表示第i類行業(yè)部門部門碳排放總量；ecom(i,j)表示第i類行業(yè)部門第j個(gè)社區(qū)內(nèi)碳排放量，pcom(i,j)表示第i類行業(yè)部門第j個(gè)社區(qū)內(nèi)人口數(shù)量；pi表示第i類行業(yè)部門人口總數(shù)；

36、步驟713：在每個(gè)人口普查區(qū)塊內(nèi)，通過空間疊置分析，進(jìn)一步識(shí)別區(qū)塊中的城鎮(zhèn)住宅建筑和農(nóng)村居住用房單體，并計(jì)算每棟建筑的建筑容積占區(qū)塊總建筑容積的權(quán)重；

37、步驟714：基于計(jì)算得到的權(quán)重，將區(qū)塊級(jí)居民生活碳排放量進(jìn)一步分配至區(qū)塊內(nèi)的每一棟單體建筑，實(shí)現(xiàn)居民生活碳排放量在單體建筑級(jí)別的精細(xì)化空間分布模擬，具體計(jì)算公式如下：

38、（5）；

39、式中，ebuild(i,j,k)表示第i類行業(yè)部門第j個(gè)社區(qū)內(nèi)第k棟居民住宅建筑碳排放量；vbuild(i,j,k)表示第i類行業(yè)部門第j個(gè)社區(qū)內(nèi)第k棟居民住宅建筑容積量；vcom(i,j)表示第i類行業(yè)部門第j個(gè)社區(qū)內(nèi)居民住宅建筑容積總量。

40、進(jìn)一步地，所述第三產(chǎn)業(yè)建筑碳排放的計(jì)算步驟具體如下：

41、步驟721：確定第三產(chǎn)業(yè)碳排放源；

42、步驟722：選擇相應(yīng)的碳排放量；

43、步驟723：建立能源消費(fèi)部門與建筑類別的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

44、步驟724：計(jì)算單棟建筑的碳排放量，在每個(gè)建筑類別內(nèi)，計(jì)算單棟建筑容積占該類別總建筑容積的權(quán)重值，并根據(jù)權(quán)重值將建筑類別的碳排放量分配至每一棟單體建筑，得到單棟建筑的碳排放量，生成第三產(chǎn)業(yè)單棟建筑碳排放量的空間分布結(jié)果，具體計(jì)算公式如下：

45、（6）；

46、式中，ebuild(m,k)表示第m類行業(yè)部門內(nèi)第k棟建筑碳排放量；vbuild(m,k)表示第m類行業(yè)部門第k棟建筑容積量；em表示第m類行業(yè)部門碳排放總量；vm表示第m類行業(yè)部門建筑容積總量。

47、進(jìn)一步地，所述工業(yè)企業(yè)碳排放的計(jì)算步驟具體如下：

48、步驟731：重點(diǎn)排放工業(yè)企業(yè)的碳排放核算；基于單體建筑空間分布圖與火力發(fā)電廠的地理信息，識(shí)別單體建筑空間分布圖中屬于火力發(fā)電廠的建筑地塊；基于核算的火力發(fā)電碳排放量，結(jié)合城市內(nèi)火力發(fā)電廠裝機(jī)容量信息；計(jì)算每個(gè)火力發(fā)電廠裝機(jī)容量占城市總裝機(jī)容量的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重將火力發(fā)電碳排放量分配至單個(gè)火力發(fā)電廠，具體計(jì)算公式如下：

49、（7）；

50、式中，en表示第n個(gè)火力發(fā)電廠碳排放量；epowerplant表示城市火力發(fā)電部門的碳排放量；cn表示第n個(gè)火力發(fā)電廠裝機(jī)容量；ctotal表示城市火力發(fā)電廠總裝機(jī)容量之和；

51、步驟732：其他工業(yè)企業(yè)的碳排放空間分配；

52、利用poi數(shù)據(jù)與工業(yè)企業(yè)所屬行業(yè)名錄，根據(jù)企業(yè)名稱進(jìn)行匹配，獲取工業(yè)企業(yè)的名稱、地理信息與所屬行業(yè)信息；

53、根據(jù)工業(yè)企業(yè)地理信息，確定其所屬的工礦用房建筑地塊，并根據(jù)所屬行業(yè)信息，確定工礦用房建筑地塊所屬行業(yè)；

54、計(jì)算各行業(yè)能耗強(qiáng)度占工業(yè)總能耗強(qiáng)度的比值，并據(jù)此計(jì)算工業(yè)企業(yè)各行業(yè)的碳排放量；

55、假設(shè)工業(yè)企業(yè)所在建筑地塊的建筑面積可以反映企業(yè)規(guī)模大小，計(jì)算每個(gè)工業(yè)企業(yè)建筑容積占所屬行業(yè)總建筑容積的權(quán)重；

56、根據(jù)行業(yè)碳排放量和建筑容積權(quán)重，將工業(yè)企業(yè)碳排放量分配至單個(gè)工業(yè)企業(yè)，得到單個(gè)工業(yè)企業(yè)的碳排放量，具體計(jì)算公式如下：

57、；

58、；

59、式中，eind,a表示工業(yè)企業(yè)中第a個(gè)行業(yè)碳排放總量；rind,a表示工業(yè)企業(yè)中第a個(gè)行業(yè)能耗強(qiáng)度；eind表示城市工業(yè)部門碳排放總量；rind表示城市工業(yè)部門工業(yè)總能耗強(qiáng)度；eind(a,b)表示工業(yè)企業(yè)中第a個(gè)行業(yè)中第b個(gè)工業(yè)企業(yè)碳排放總量；vind(a,b)表示工業(yè)企業(yè)中第a個(gè)行業(yè)中第b個(gè)工業(yè)企業(yè)所占地塊建筑容積量；vind,a表示工業(yè)企業(yè)中第a個(gè)行業(yè)所占地塊建筑總?cè)莘e量。

60、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例至少可以產(chǎn)生如下技術(shù)效果：

61、（1）精細(xì)化程度高。本發(fā)明利用多源數(shù)據(jù)，對(duì)城市內(nèi)不同行業(yè)部門的碳排放量進(jìn)行了詳細(xì)核算，并針對(duì)不同行業(yè)部門構(gòu)建了精細(xì)化能源消費(fèi)碳排放空間分布模型，實(shí)現(xiàn)了城市碳排放空間分布高精細(xì)化模擬，彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法內(nèi)部精細(xì)尺度不足的問題。對(duì)于下一步城市精細(xì)化碳源匯核算、大氣co2的動(dòng)態(tài)時(shí)空模擬提供了數(shù)據(jù)支撐。

62、（2）考慮行業(yè)差異。本發(fā)明充分考慮了不同行業(yè)部門的碳排放強(qiáng)度差異，針對(duì)各行業(yè)部門的碳排放影響因素，構(gòu)建了針對(duì)性的空間分布模型，提高了碳排放空間分布模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，克服了現(xiàn)有方法未考慮行業(yè)差異的不足。

63、（3）適用性廣。本發(fā)明提供的方法可以適用于不同類型和規(guī)模的城市，通過調(diào)整數(shù)據(jù)源和模型參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同城市碳排放空間分布的精細(xì)化模擬，具有廣泛的適用性和推廣價(jià)值。