本文节选自《地理信息产业蓝皮书·中国地理信息产业发展报告（2023）》
自然资源部碳中和与国土空间优化重点实验室
广东国地规划科技股份有限公司
陈 会 邓桥清 廖心琪 周百川 古春玲
实现碳达峰碳中和（以下简称“双碳”）是以习近平同志为核心的中共中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是党的二十大报告中第十部分“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”的重要内容。继2009年首次提出碳强度目标、2015年提出碳达峰目标后，我国在2020年进一步提出碳中和承诺，2021年9月中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，10月国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，对我国“双碳”工作做了中长期战略部署。自然资源是支撑实现“双碳”目标的重要领域。2023年1月，自然资源部党组书记、部长王广华在《为全面推进中国式现代化贡献自然资源力量》文章中提出“促进绿色低碳发展”是自然资源工作定位之一，并且在接受新华社采访时表示，自然资源部门应当积极健全体现碳汇价值的生态保护补偿机制，探索推进碳汇交易。4月，自然资源部等四部门联合发布的《生态系统碳汇能力巩固提升实施方案》提出要构建绿色低碳导向的国土空间开发保护新格局，包括国土空间规划、用途管制和生态修复在内的国土空间治理对“双碳”的支撑作用将不断被强化。未来，各级自然资源主管部门在履行“两统一”职责和四点工作定位的基础上，将以生态系统碳汇能力巩固提升为重要目标，为国家“双碳”目标如期实现提供基础支撑。“双碳”涉及经济社会发展、生产生活等方方面面，因此，“双碳”目标的实现是一个系统性工程，需要以地理信息技术为基础，融合大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术共同支撑开展相关的应用探索与发展研究。“双碳”目标的提出，对我国经济社会发展各方面都将产生变革性的影响。根据《BP世界能源统计年鉴》数据显示，我国是世界第一大温室气体排放国，占全球温室气体排放的30％左右，“双碳”即人为温室气体排放跨过峰值并且快速下降至净零水平的过程，要求在能源消费、能源供应、固碳增汇三个方面采取组合措施（丁仲礼，2021），见图1。一是能源消费方面，需要在终端能源消费结构中增加电力和减少化石能源的比例，并持续提升能源利用效率。二是能源供应方面，重点是电力供应结构低碳化，即大力发展零碳排放的非化石能源电源，替代高碳排放的化石能源电源。三是固碳增汇方面，重点是充分利用自然生态系统的二氧化碳吸收能力抵消人为排放的温室气体，以及加快普及二氧化碳捕捉、利用和封存技术。目前，我国在“双碳”目标的实践道路上正在多点发力，如风力和太阳能发电、氢能、储能等清洁能源利用技术成熟度不断提升，成本持续下降，各行业能源利用效率正在持续提升。
国土空间是所有碳源碳汇的载体和各类减碳增汇手段的实现场所，然而，目前“双碳”路径设计和行动实施在空间视角上相对欠缺。首先，国土空间规划是空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图，但在不同尺度、不同实施环节中如何与“双碳”实现耦合，如何以空间治理促进减碳增汇，以及“双碳”目标和国土空间规划及管控目标如何衔接，目前仍未形成权威的标准规范。其次，国土空间生态修复是生态系统碳汇能力巩固提升的重要途径（于贵瑞等，2022），但不同空间尺度的生态系统碳汇本底和增强潜力目前仍缺乏有效的监测评估手段。最后，承载于各类空间的生态系统碳汇如何融入自然资源资产管理、生态产品价值实现等工作，仍有较多技术和管理问题有待解决。为应对上述问题，可从以下三个环节强化“双碳”中的空间治理视角（图2）。第一，空间碳源汇监测核算是基础，是了解生态系统碳汇本底能力和碳排放空间分布特征、监测增汇成效的基本途径；第二，全方位、多途径减碳增汇是核心，主要有优化碳源汇空间格局、加强自然资源管控、推进国土空间生态修复治理等方面；第三，价值实现是关键，把减碳增汇成效转化为切实的经济价值，使实施减碳增汇行为的主体获得相应回报，从而促进全社会参与“双碳”工作。作为国土空间治理的重要手段，地理信息技术将成为助力实现“双碳”目标的有力工具。
地理信息技术是对自然和人文空间信息进行采集、分析和可视化的手段，尤其是与大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术充分融合，在各类空间减碳增汇应用场景中具有重要的赋能作用，使“双碳”工作管理更精准、实施更高效，如图3所示。
图3 地理信息技术在各类空间减碳增汇的应用场景梳理碳排放源在空间中的分布对减少碳排放有重要的影响，高碳的空间格局将对碳排放源形成长期的“碳锁定”效应，低碳的空间格局则有利于持续减碳。在国土空间规划和城市运行管理两个方面，地理信息技术可发挥重要的减碳支撑作用。空间是所有碳源活动的载体，同时也承载着所有的碳汇要素，而国土空间规划可通过调整空间要素布局（建设用地、林业用地）影响碳源、碳汇空间分布，以及碳流通的方向和流量，直接或间接地影响二氧化碳排放。地理信息技术作为空间规划的数据资源基石，在“双碳”目标背景下，应充分发挥和利用其新型生产要素和新型技术体系的作用，结合国土空间规划“一张图”实施监督信息系统和国土空间基础信息平台，通过地理信息整合分析、遥感的地面数据收集识别以及卫星定位监测技术，解析“双碳”背景下国土空间规划全生命周期管理总体需求，从规划编制、审查、实施、监督等环节提供技术支撑，搭建集现状评估、模拟推演、低碳管控和评价预警为一体的集成化应用场景，支持规划全周期的“双碳”智能决策（图4），推动时空大数据与自然资源管理工作的深度融合，赋能“双碳”目标。
图4 “双碳”导向的国土空间规划全生命周期管理逻辑一是利用可视化地理信息分析决策技术，在规划编制阶段整合地理信息系统、遥感、数字实景三维技术以及国土空间规划相关专项数据，搭建空间碳源碳汇数据库，实现碳源碳汇基础数据和地理信息系统基础功能的整合，以便建立空间碳源碳汇核算模型，在地图中展示三维立体空间和建筑的碳源碳汇现状指标，实现地图式碳源碳汇格局呈现，支撑能源、碳源、碳汇布局变化分析。二是利用空间碳排放碳汇评估技术，在规划编制阶段以情景化模型预测助力规划编制、修改精准化，以国土空间规划数据底板为基础，构筑空间用地结构与碳源碳汇关系的分析评价模型，系统整合与碳相关的影响因子，构建规划碳排放和碳汇模拟推演模型，通过数字化实现对不同规划方案的碳评估与模拟推演，从而辅助规划管理决策，强化“双碳”目标在规划编制以及动态调整过程中的贯彻落实。三是利用碳排放结构优化配置技术，在规划审批阶段利用遥感监测地面数据收集技术集成地理信息数据，以过程式体检把脉推动规划方案评估动态化，面向国土空间规划用途管制工作，评估重点行业新增或改扩建项目碳排情况，并对项目的碳排放进行管控限制，实现对区域内碳排放效应的控制与优化。四是利用国土空间碳源汇监测技术，在规划实施监督阶段基于“ABC” （Artificialintelligence——人工智能AI、Bigdata——大数据、Cloudcomputing——云计算）技术构建国土空间规划指标模型库，辅助国土空间规划数据挖掘、专题分析、智能监测评估预警，进行城市健康评估以及碳评估，建立碳监测评估技术方法体系，对违反开发保护边界及保护要求的情况、突破约束性指标风险的情况等进行及时预警，最终实现智慧决策支撑下的“双碳”目标在国土空间规划全周期管理耦合，利用地理信息技术科学高效地实现“看碳、析碳、管碳、汇碳”。城市是人类生产和生活活动聚集的空间，其贡献了全球约70％的碳排放，并且消耗了全球三分之二的能源（联合国人类住区规划署，2017）。我国城市化进程持续推进是驱动碳排放增长的主要动力。实现城市运行过程中的节能减排，是落实“双碳”目标必不可少的一环。城市运行管理具有较强的空间属性，也是地理信息技术的重要应用场景。交通、建筑、产业是城市运行当中最重要的三大能源消费终端，城市运行过程的节能减排，关键在于碳排放源的精细化监控、管理、优化。针对城市中的碳排放源，可以分为以建筑、产业为主体的固定排放源和以交通运输为主体的移动排放源，各类型碳排放源的精细管理，需要三维空间数据和属性数据的融合支撑，并以此为基础搭建碳排放计量模型。对于建筑碳排，需要从建筑材料与施工、建筑使用、建筑拆除与处理等不同阶段进行评估和统计，整合建筑所在的二维空间位置信息和建筑构造、用材本身的三维属性信息，对建筑使用全生命周期碳排情况进行计量；对于产业碳排，其碳排放量的核算涵盖原料购置、运输、生产、废弃物处理等不同过程、不同环节，需要通过三维空间数据串联整个生态流程，再通过属性数据对碳排放量进行计算；对于移动碳排，受到交通工具类型、燃料类型、行驶情况、交通拥堵情况、城市生活圈规划情况等因素影响，相关碳排情况的统计需要以城市三维空间数据为基础，整合城市、车辆、燃料等属性数据进行综合计量。现阶段，以地理信息技术为基础，融合大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术，以实景三维平台为代表，融合了城市的地理空间数据、建筑信息模型数据、城市运行状态数据等，能够满足三维空间数据和属性数据结合的要求，基于平台本身的数据融合能力和模型支撑能力，能够支撑城市全域碳排放情况的动态跟踪，实现各类碳排放源的精细化管理。一是整合建筑全生命周期碳排放数据。整合各工程项目的建筑信息模型报建数据、建筑材料采购数据，结合产品碳足迹数据以及施工阶段资源消耗数据，构建建筑材料与施工阶段的碳排放情况估算模型；整合建筑使用过程中的水、电、热、气等资源消耗数据，结合本地区各类能源的碳排放因子，形成各建筑、各楼层、各单位的碳排放情况估算模型；整合建筑拆除后各类固体废弃物的运输、处置数据，拆除过程中的能源消耗数据等，形成建筑拆除与处理阶段的碳排放估算模型。通过“一张图”的形式，直观展示本地区从单一建筑到全部建筑、从前期施工到日常运行再到最终拆除的全过程碳排放情况。二是整合生产生活活动碳排放数据。整合各类生产企业生产和生活的水、电、气等资源消耗数据，各原材料和产出商品本身的含碳量，原料和商品运输过程中产生的碳排数据，还可以通过物联网、区块链等技术的赋能，构建各生产企业全生产过程的碳足迹跟踪“一张图”，实现本地区产业发展产生的碳排放量对应的区域、行业、企业、产品的集中展示和决策支撑。三是整合全市交通规划数据、现有交通道路数据。结合早晚上下班潮汐大数据、交通拥堵大数据、城市居民日常通勤大数据和移动互联网技术，进一步融合本地区车辆类型占比、能源消耗等数据，构建动态反映城市移动排放源碳排放情况的综合模型。四是加强数据统筹融合。借助实景三维平台自身的算力和数据融合能力，将固定碳排放源、移动碳排放源的数据进行融合，通过三维立体的方式分层次、分类型、分时域动态呈现整个城市日常运行过程的碳排放情况，基于现状数据有针对性地对重点碳源、重点行业、重点单位进行有计划的优化改进，不断降低城市碳排，提升资源使用效能。碳汇是生态系统从大气中吸收二氧化碳的过程，是抵消人为排放温室气体的主要途径。地理信息技术可在生态系统碳汇调查监测评估、碳汇资源资产管理等方面提供支撑。生态系统碳汇调查监测评估是碳汇能力巩固提升的基础。林业草原调查等地面作业获得的数据是碳汇计量的基础，但不足以单独支撑大尺度的碳储量、碳汇量监测评估，需要依托和拓展自然资源调查监测体系，借助遥感手段形成“天—空—地”立体监测网，通过提取与各类型陆海植被碳汇相关的遥感因子和指数，建立遥感参数和地面调查数据的关联模型，可开展多层次、常态化的碳汇监测评估工作，反映碳汇能力基本变化趋势和空间格局，为碳汇能力巩固提升工作提供大数据决策支持（图5）。遥感技术支持下的生态系统碳汇调查监测评估可应用于三个具体目标。一是植被碳储量本底调查，通过地表植被碳储量高精度遥感反演模型反演地表植被碳储量现状、分布格局、演变趋势，可辅助识别碳汇能力巩固提升潜力空间，制定区域空间碳汇增强策略和方案。二是碳汇水平监测，基于各时期碳储量调查结果，计算年度区域碳汇能力及其空间分布，可分析在气候变化、经济社会发展、工程建设、植树造林等各类自然和人为影响下，地区碳汇水平及其影响因素，提出改善碳汇能力的策略途径。三是国土空间生态修复增汇成效评估，对生态修复区域进行重点监测，评估各类生态修复工程对碳汇能力巩固提升的作用，为改进生态修复增汇成效和推广生态修复增汇模式提供依据。
生态系统碳汇资源资产管理是推动生态系统碳汇从资源到资产转变的过程，地理信息技术同样可为此过程提供重要的基础支撑（图6）。一是在碳汇资源管理方面，可基于实景三维、地理信息系统数据库等技术手段和三维立体自然资源“一张图”数据，实现山水林田湖草沙等生态系统碳汇资源载体的数据融合查看、对比分析、三维标绘、预警监测等功能，及时掌握碳汇资源信息，实现碳汇资源的全生命周期管理。二是在生态修复管理方面，在集成土地利用、林草资源和碳储碳汇等大数据分析基础上，可应用地理信息空间分析功能进行国土空间生态问题识别、生态修复增强碳汇潜力评估、生态修复增汇成效模拟预测等，支撑国土空间生态修复规划与决策。三是在碳汇生态产品价值方面，可建立依托地理信息系统平台的国土空间碳汇生态价值评估模型，辅助分析生态系统生产总值，制定生态系统碳汇资产开发规划，有序推进碳汇价值实现。
图6 地理信息技术支持下的生态系统碳汇资源资产管理地理信息技术在多个“双碳”场景中具有较大的应用潜力，政府和行业应采取多项行动措施，提升技术在“双碳”领域应用的成熟度，推动地理信息产业赋能“双碳”。一方面，推动地理信息技术和“双碳”的融合研究，如基于实景三维开展碳排放精细化、近实时的监测和预测方法，以及各类典型区域地表植被碳储量高精度遥感反演模型，不断提升地理信息技术对碳源碳汇的感知能力，实现更高精准度的空间减碳增汇。另一方面，推动自然资源领域与“双碳”融合的基础研究，如高分辨率、高精度空间碳源碳汇核算和反演模型，国土空间规划和用途管制落实“双碳”的路径，国土空间生态修复增强碳汇能力的机理，生态系统碳汇产品价值实现机制等方面，为进一步拓展地理信息技术赋能“双碳”的领域做好准备。此外，加快推动技术研究成果转化为标准规范，有助于规模化的“双碳+地理信息”技术推广。应用场景是加快地理信息技术和“双碳”融合的关键，应推动地理信息技术和“双碳”的双向奔赴。一方面，在具备融合条件的地理信息技术场景中，挖掘“双碳”应用需求潜力，如在国土空间基础信息平台和国土空间规划“一张图”实施监督信息平台等以地理信息技术为基础的信息系统中，探索碳源碳汇信息集成管理、预测监测等应用功能；把生态系统碳汇作为重要的自然资源品种，依托和拓展自然资源调查监测体系进行碳汇监测实务。另一方面，在“双碳”管理工作中加快采用地理信息相关技术，拓展新应用领域，如利用遥感技术对重点排放源进行连续碳排放监测，与数据核查方法和排放实测方法获取的排放量进行交叉验证，提高碳排放数据的可靠性，优化碳排放源监管工作。“双碳”涉及经济社会发展、生产生活等方方面面，因此“双碳”目标的实现是一个系统性工程，以地理信息技术为基础，融合大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术共同支撑，未来将在各种减碳增汇场景中发挥更大的赋能价值。碳达峰碳中和是我国的重大战略决策。2020年，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上庄严宣布我国到2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，彰显了我国在应对气候变化事务上的大国担当。
参考文献
丁仲礼，2021.实现碳中和重在构建“三端发力”体系[J].中国石油企业，434（6）：10-11.
于贵瑞，朱剑兴，徐丽，等，2022.中国生态系统碳汇功能提升的技术途径：基于自然解决方案[J].中国科学院院刊，37（4）：490-501.
联合国人类住区规划署，2017.城市与气候变化：全球人类住区报告2011[M].中华人民共和国住房和城乡部计划财务与外事司，译.北京：中国建筑工业出版社：2-3.
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