通量贡献区视角下北京市不同区域二氧化碳排放过程及影响机制研究

Studying carbon emissions process at fine temporal-spatial scale in metropolis is a significant research direction to explore the interaction mechanism between anthropogenic activities and eco-environment, and it is the basic scientific research content which satisfies the overall requirements of city's delicacy management of carbon emissions in China. Based on data gained from flux observation, questionnaire survey,remote sensing, field monitoring and model simulation, this project will take two different zones as study areas, study the calculation methods of carbon dioxide emitted by traffic, household, vegetation and soil at fine temporal-spatial scale, obtain the carbon dioxide emissions data of elements above and vegetation photosynthetic carbon sequestration data at different temporal scale. This project is aiming to explore the solution of the uncertainty of carbon dioxide simulation at fine temporal-spatial scale in metropolis. Based on space range of carbon dioxide emissions recognized by the flux footprint method, we plan to combine the top-down flux observation with bottom-up accounting of main carbon sources’ emissions, to build dynamic analysis method of carbon dioxide flux and the principal carbon sources, and to reveal the dynamic change feature of carbon dioxide emissions in the study areas. We will also analyze the contributions of main carbon sources and vegetation photosynthetic carbon, and the responding mechanism of vegetation photosynthetic carbon sequestration to traffic carbon emissions. The research results will provide theoretical foundation for Beijing and other metropolis to carry out delicacy management of carbon dioxide emissions.

大城市精细时空尺度二氧化碳排放过程研究是探索城市人类活动与生态环境互动机理的重要研究方向，以及服务国家“开展城市碳排放精细化管理”重大需求的基础性科学研究内容。基于通量观测、问卷调查、遥感、实地监测和模型模拟数据等，本项目以北京市两个不同区域为研究对象，研究精细时空尺度交通、居民生活用能、植被和土壤直接二氧化碳排放以及植被光合固碳的核算方法，获取上述各要素碳排放量、植被光合固碳量；探索解决大城市精细时空尺度二氧化碳排放模拟不确定性问题，以通量贡献区方法识别的二氧化碳排放空间范围为基础，“自上而下”通量观测和“自下而上”主要碳源排放核算相结合，构建二氧化碳通量与主要碳源排放过程动态分析方法，揭示案例区二氧化碳排放动态变化特征；探讨案例区主要碳源排放以及植被光合固碳对二氧化碳通量的贡献程度、植被光合固碳对交通二氧化碳排放的响应机制。研究成果为北京市和其他大城市开展碳排放精细化管理提供科学依据。

大城市精细时空尺度二氧化碳排放过程研究是探索城市人类活动与生态环境互动机理的重要研究方向，服务国家碳达峰、碳中和目标开展城市碳排放精细化管理重大需求的基础性科学研究内容。本项目围绕大城市精细时空尺度二氧化碳排放模拟不确定性科学问题，人文和自然科学交叉，基于通量观测、问卷调查、遥感、实地监测和模型模拟数据等，首次系统开展了通量贡献区视角下北京市不同区域二氧化碳排放过程及影响机制研究，在研究方法、高时空分辨率数据集、碳排放过程及影响机理、科研实验平台方面取得了重要进展。探索构建了以通量贡献区方法识别的二氧化碳排放空间范围为基础，“自上而下”通量观测和“自下而上”交通、居住、植被和土壤碳源碳汇核算相结合的碳排放过程时空动态分析方法，以及碳通量视角下精细时空尺度城市碳排放空间模型；建立了北京市案例区2018年至2019年长时间序列工作日、周末的每30分钟时间分辨率10米栅格交通、居住、植被和土壤多源要素碳排放数据集；从日、周、月、年等不同时间尺度揭示了北京市案例区交通、居民生活、植被和土壤主要碳源排放以及植被光合固碳对二氧化碳通量的贡献程度、植被光合固碳对交通二氧化碳排放的响应机制。在Transportation Research Part D、Remote Sensing、Sustainable Cities and Society、Journal of Cleaner Production等国际期刊发表SCI论文14篇，完成专著1部，授权国家发明专利3项和实用新型专利5项，登记软件著作权1项，培养博士后1名、博士1名（获中国科学院院长优秀奖）、硕士4名，在读硕士1名，获得省部级科技奖励1项，提交中央相关部门咨询建议报告1份，举办国际学术交流会议1次、国内外会议做分会场主题报告9次，创新建立了雄安新区毗邻区首个定兴生态环境综合观测研究站。研究成果进一步丰富了精细时空尺度城市碳排放理论与方法，为京津冀协同发展和雄安新区毗邻地区绿色低碳发展提供了重要的实质性科技支撑平台，为北京市和其他大城市实现碳达峰、碳中和目标的碳排放精细化管理提供科学依据。