碳排放约束下的城市空间模式优化研究—以珠三角城市群为例

City, as the main contributor of carbon emissions, is the key geographical unit to address the global climate change. Therefore, building low-carbon cities have become the basic measures to realize energy conservation and emissions reduction and address climate change for countries and regions worldwide. Although a body of existing literature has addressed the significant impact of urban spatial structure and form on energy consumption and carbon emissions, few theoretical and empirical studies have been made of exploring the optimal urban spatial pattern under carbon emissions constraints. Using nine cities of Pearl River Delta urban agglomeration as a case study, we intend to reveal the relationship between urban spatial organization and carbon emissions. we then explore the optimal urban spatial pattern by taking spatial and socioeconomic factors into account. The main content of this research has three parts. Firstly, this study intends to exploring the functional mechanism and impulse response relationship, then identify the key factors affecting urban carbon emissions. Secondly, in order to predict future carbon emissions, we use the tool of simulation optimization based on setting multi-scenarios to integrate system dynamics model and cellular automata model. Finally, following a perspective of carbon emission constraints, we will explore the optimal urban spatial pattern by integrating socioeconomic development scenario and urban spatial development scenario. This research can help enrich the theoretical framework of low-carbon urban space, provide policy references to optimize urban space, and select urban sustainable development pattern.

城市作为碳排放的主要地域单元，是解决全球气候变化问题的关键。因此，构建低碳城市已成为世界各国和地区实现节能减排、应对气候变化的基本路径。已有较多研究证明城市空间结构及形态对能源消费和碳排放具有显著影响，而对碳排放约束下城市最优空间模式的理论与实证研究关注较少。本项目拟基于碳排放约束视角，以珠三角9个城市为例，揭示城市内部不同空间组织与碳排放的作用机理并耦合“空间-社会经济”因素进而提出适宜的城市空间模式。研究内容包括：揭示城市内部空间结构及形态与碳排放之间的作用机理和脉冲响应关系，确定影响城市碳排放的关键空间因素；结合系统动力学和元胞自动机、空间优化等理论技术，建立基于“空间+社会经济”二维视角的城市碳排放情景模型；在碳排放约束视角下综合社会发展情景和城市空间发展情景选择最适宜的城市空间发展模式。本项目不仅有助于丰富低碳城市空间研究的理论体系，并还可为城市可持续发展的空间模式选择提供参考。

城市作为碳排放的主要地域单元，是解决全球气候变化问题的关键。构建低碳城市已成为世界各国和地区实现节能减排、应对气候变化的基本路径。项目基于碳排放约束视角，从全国尺度、区域尺度、城市尺度，针对碳排放约束视角下城市内部不同空间组织与碳排放的作用机理、城市碳排放的关键空间因素、“空间+社会经济”二维视角的城市碳排放情景模型、城市空间发展模式等开展了一系列的研究。不仅有助于丰富低碳城市空间研究的理论体系，并还可为城市可持续发展的空间模式选择提供参考。项目的重要研究结果如下：①中国城市能源消费碳排放的区域差异正逐步缩小，空间上呈现出明显的高排放俱乐部集聚特征，同时碳排放类型演化具有明显的路径依赖特征；②经济增长与人均碳排放呈现显著的倒“U”型曲线关系，而绝大多数城市的人均碳排放处于随经济发展而增加的阶段，二产偏重的经济结构和投资的粗放增长共同正向作用于城市碳排放，而人口的集聚效应、技术水平的提升、对外开放度和公路运输强度的增加则共同抑制城市碳排放水平的提高。③中国城市碳排放强度存在马太效应。城市碳排放“空间溢出”效应明显，且不同区域背景下溢出效应存在异质性。④碳排放受城市扩张、城市形态复杂度、城市紧凑性等内部不同空间形态的作用。城市增长、城市形态的不规则性会降低碳排放效率，抑制碳排放性能的提高。城市的紧凑性实际上有助于降低人均碳排放量和碳排放强度，提高碳排放效率。⑤利用系统动力学、元胞自动机 、支持向量回归等技术方法，构建城市碳排放情景模拟集成模型 ，模拟广州在不同情景下的碳排放量。如果经济人口增长稳定 ，技术投入加大，同时在城市空间规划采取紧凑型的城市格局发展 ，相对于基准情景，这种低碳优化情景不仅有利于降低碳排放量，更能减少城市发展对土地资源的需求。从长期来看，在这种发展模式下，经济将会持续稳定的发展，而碳排放也得到有效的制约，有利于城市的可持续发展。