原文信息
原文題目:Modeling and spatio-temporal analysis of city-level carbon emissions based on nighttime light satellite imagery
原文作者:Di Yang, Weixin Luan, Lu Qiao, Mahardhika Pratama
一作單位:Dalian Maritime University, College of Shipping Economics and Management, Dalian 116026, China
期刊名:Applied Energy
期刊月份:2020年6月
關(guān)鍵詞:時(shí)空 DMSP-OLS 夜間燈光數(shù)據(jù) 整體學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu) 溫室氣體
碳排放引起的氣候變化已被認(rèn)為是對(duì)糧食安全、人類健康和自然生態(tài)系統(tǒng)的威脅,而減少
碳排放對(duì)世界上每個(gè)國(guó)家都是一項(xiàng)艱巨的任務(wù),因此需要對(duì)碳排放的特征有更進(jìn)一步的理解。近年來(lái),許多研究人員對(duì)利用夜間穩(wěn)定光(NSL)數(shù)據(jù)分析城市規(guī)模碳排放的時(shí)空特征變得更加感興趣。NLS數(shù)據(jù)能夠檢測(cè)到來(lái)自市區(qū)、人口較少的中心和車輛的少量光線,這些光線可以提供明確的與人類活動(dòng)有關(guān)的空間數(shù)據(jù)。目前,人們迫切需要一個(gè)通用的框架和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的軟件來(lái)獲取二氧化碳排放量與NSL數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,從而探索城市規(guī)模碳排放量的動(dòng)態(tài)特征。
本研究提出了一種基于整體結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(NNEnsemble),以分析國(guó)防氣象衛(wèi)星程序作戰(zhàn)線掃描系統(tǒng)(DMSP-OLS)夜間穩(wěn)定光(NSL)數(shù)據(jù)與省級(jí)尺度碳排放量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間的非線性關(guān)系。由于獲取城市規(guī)模碳排放數(shù)據(jù)具有難度,因此本文采用了使用NSL數(shù)據(jù)的加權(quán)系數(shù)策略來(lái)分析城市規(guī)模的碳排放。本方法的性能從各種評(píng)估指標(biāo)上均優(yōu)于同類方法。同時(shí)本文也開(kāi)發(fā)出應(yīng)用軟件,該軟件可用于獲取各個(gè)地區(qū)的城市碳排放數(shù)據(jù)并基于上述方法分析碳排放與NLS數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。
基于這種方法,本文對(duì)1998年至2013年中國(guó)東北三個(gè)省份進(jìn)行了碳排放熱點(diǎn)分析和標(biāo)準(zhǔn)偏差橢圓分析。結(jié)果表明,中國(guó)東北地區(qū)的總碳排放量呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì),并且不同地區(qū)的增長(zhǎng)速度存在差異。而且,碳排放的空間集聚正在增加,東部沿海城市顯示出熱點(diǎn)逐漸擴(kuò)大的模式,而北部地區(qū)的城市逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔潼c(diǎn)。中國(guó)東北的碳排放軸位于西南-東北方向,并呈向東旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì);東北三個(gè)省重心的經(jīng)度向西偏移,而緯度則減小。這一結(jié)果可以增進(jìn)決策者對(duì)中國(guó)東北三個(gè)省份碳排放時(shí)空特征的了解。
編者按
本文使用的夜間穩(wěn)定光(NSL)數(shù)據(jù)比較新穎,所提出的方法對(duì)碳排放量進(jìn)行估算的準(zhǔn)確性高于多元回歸模型,提出的加權(quán)系數(shù)策略可以在碳排放數(shù)據(jù)不足時(shí),用于獲取小區(qū)域的碳排放數(shù)據(jù)。基于NNEnsemble開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件也可以應(yīng)用于其他區(qū)域,作為
碳減排政策制定的基礎(chǔ)。進(jìn)一步的研究可以拓展到不同的時(shí)間尺度(日、月和年)和空間尺度(包括省尺度、城市規(guī)模、工業(yè)園區(qū)規(guī)模)。
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