基于GIS的河南省城市居民用电碳排放空间分异研究-毕业论文

南阳师范学院20XX届毕业生毕业论文（设计） 题 目：基于GIS的河南省城市居民用电碳排放空间分异研究 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理科学 指导教师： 完成日期： 第18页（共17页） 目 录摘要(1) 1引言(1)2项目研究的目标及主要内容(2)2.1研究目标(2)2.2 研究内容(3) 3空间分异研究(3)3.1 测算方法(3) 3.2 数据来源与处理(4) 3.3 测算结果(4)3.4 2000-2009年人均直接能耗碳排放变化的空间格局(5)3.5城市分类(5)4调查的基本情况(6)4.1调查的目的、范围、对象、方式及基本内容(6)4.2调查的样本情况(7)4.3城市居民用电状况分析(8)4.4用电影响因素分析(14)5建议策略(15)6结论与讨论(16)参考文献(16)Abstract(17) 基于GIS的河南省城市居民用电碳排放空间分异研究 摘要： 中国面临的碳减排压力日益增大，实施低碳经济转型战略迫在眉睫。而火电正是温室气体的主要来源，河南是以火电为主要电力来源的省份。通过对河南省城市居民用电碳排放调查来进行空间分异研究，探究不同城市居民用电碳排放情况，并结合GIS建立辅助决策的用电碳排放空间分布模型，探究河南省城市居民用电碳排放的空间分异规律，并找出其影响因素,提出改善城市自然、人文环境条件以及居民家庭生活方式的碳减排建议。 目前中国电力资源人均占有量少且空间分布不平衡，随着中国城市化、工业化的加速，居民生产生活用电需求量逐年增大，电力资源的需求缺口也日益增大，电力资源压力与日俱增。通过建立城市用电模型，依据分析结果，在优化用电方式的基础上，实现电力资源的集约化应用。在我国城市化加快推进的社会背景下，探讨碳排放空间分布具有创新性和建设性，如何在低碳经济转型的同时兼顾阶段性经济发展特征，在城市化进程和低碳发展模式之间寻求一个有效平衡点显得至关重要。关键词：河南省城市居民；用电碳排放；空间分异； 机理分析 1 引言随着全球气候变化带来的各种灾难愈演愈烈，控制温室气体排放量成为世界各国普遍关注的焦点，而中国作为碳排放量占全球比例最大的国家之一，其所面临的碳减排压力日益增大，实施低碳经济转型战略迫在眉睫。而火电正是温室气体的主要来源，河南是以火电为主要电力来源的省份。通过对河南省城市居民用电碳排放调查来进行空间分异研究，探究不同城市居民用电碳排放情况，并结合GIS建立辅助决策的用电碳排放空间分布模型，探究河南省城市居民用电碳排放的空间分异规律，并找出其影响因素。特别是目前中国电力资源人均占有量少且空间分布不平衡，随着中国城市化、工业化的加速，居民生产生活用电需求量逐年增大，电力资源的需求缺口也日益增大，电力资源压力与日俱增。通过建立城市用电模型，依据分析结果，在优化用电方式的基础上，实现电力资源的集约化应用。在我国城市化加快推进的社会背景下，探讨碳排放空间分布具有创新性和建设性，如何在低碳经济转型的同时兼顾阶段性经济发展特征，在城市化进程和低碳发展模式之间寻求一个有效平衡点显得至关重要。城市作为物质空间，容纳了各种生产及创造性活动，进行着各种物质与能量交换，城市节能减排对全球气候与环境的影响意义重大。对国内外低碳城市的研究作了文献检索及分析，发现在城市用电碳排放领域，目前尚缺少综合系统的研究，特别是针对具体空间分异研究较少。在理论论述、模型的指标量化方面针对性不足，缺乏相应的实证分析。而量化城市发展过程中的用电碳排放量、结合GIS建立辅助决策的用电碳排放空间分布模型对于建立低碳城市以促进城市环境保护参与综合决策，提高城市环境基础设施的建设水平，促进城市产业结构和和能源结构的调整具有重要的意义。把居民用电碳排放计量模型与GIS相结合可以为低碳城市规划提供辅助平台。分异规律的影响因素可作为今后发展的参考依据。2 项目研究的目标及主要内容2.1研究目标2.1.1发现河南省城市居民用电碳排放空间分布规律及机理。2.1.2为河南省居城市民用电碳排放调控提出区域调控策略建议。2.2研究内容2.2.1 计算河南省城市居民用电碳排放量基于河南省统计年鉴（2000-2009）以及河南省18个地级城市的居民在不同季节、不同时段的用电调查数据，测算城市发展过程中居民的用电碳排放量。2.2.2 探究河南省城市居民用电碳排放分异规律利用ArcGIS软件和空间分析技术，进行河南省城市居民用电碳排放的时、空间分异研究。2.2.3 揭示河南省城市居民用电碳排放时空分异的影响因素及机理以河南省18个地级市的城市自然、人文环境条件及居民用电碳排放数据，分析城市环境条件对居民用电碳排放的影响；基于生活方式理论，利用城市居民用电调研数据，借助SPSS软件，分析生活方式对城市居民家庭用电碳排放的影响及机理。2.2.4提出建议改善城市自然、人文环境条件以及居民家庭生活方式的碳减排建议。3 空间分异研究3.1测算方法城市家庭直接能耗CO2排放由生活用电、天然气组成。由于人均CO2排放量可提供不同地区家庭生活的CO2排放信息, 有利于在不同空间尺度上进行对比（张志强等, 2008）。因此, 我们首先计算用电人均CO2排放量, 然后得到城市家庭人均直接能耗CO2排放总量。本文参考IPCC国家温室气体排放清单指南2006的方法, 并采用自下而上的物料衡算法, 分项计算家庭直接能耗的人均CO2排放量, 方法见表4-1-1。为了提高计算的准确度, 城市家庭各项生活能耗碳排放量的计算尽可能依据2006年IPCC在Guidelines for Gas Inventories发布的方法3, 电碳排放因子以城市所在各大电网每年公布的中国区域电网基准碳排放因子为准1。表3-1-1 城市家庭人均直接能耗CO2排放量计算方法CO2排放项目计算公式说明人均用电CO2排放量C1= E1EF1i/PC1为人均用电CO2排放量, E1为城市家庭用电量, EF1i为所在电网的碳排放因子, P为城市人口。 3.2数据来源与处理本研究以行政界限相对稳定的我省地级以上城市市辖区作为分析单元, 分析年份为2009年。城市家庭的用电量数据来自中国城市建设统计年鉴（2009）, 各地电碳排放系数来自2009年中国区域电网基准线排放因子的公告。但为了便于对全省18个地级以上城市进行计算,用电情况均消除地方特殊因素, 按照多数城市用电能耗进行估算。（参照图3-2-1）图3-2-1河南省城市居民人均用电量3.3测算结果经过测算, 2009年我省18个地级以上城市家庭人均用电直接能耗导致的CO2排放量统计数据见表4-3-2, 各项CO2排放量均呈正偏态分布, 且标准差较大。表4-3-2 2009年河南城市家庭人均直接能耗CO2排放量统计数据（单位：kg/人）CO2排放量最小值最大值极差均值偏度标准差用电CO2排放量110.51437.33326.82209.481.875198.513.4 2000-2009年人均直接能耗碳排放变化的空间格局2000-2009年河南地级以上城市家庭人均直接能耗碳排放变化亦有差异, 见图4-4-2, 在空间上表现出如下特征：全省来看, 各城市的人均用电碳排放均表现出增长态势, 其中增长较多的城市集中分布在豫东、豫南等地区；但有1个城市鹤壁的人均用电碳排放呈现出下降态势, 这是由于其冬季取暖采取集中供暖或煤炭取暖等，从而使之在人均用电方面总体上表现出下降态势。郑州经济发达地区增幅不大。 2000-2009年, 全省地级以上城市人均直接能耗碳排放均表现为增长, 其中增长量高的城市集中分布在豫南地区，主要是南阳和信阳增幅大。 由于该地区冬季没有集中供暖，故居民多采用电器取暖导致总体用电量的增幅过大。人均用电量高的城市为郑州、洛阳、开封等经济发达地区，其用电碳排放高。说明了经济水平与居民生活用电成正相关，其家庭用电器的增多是主要因素，以及空调的大面积使用。全省城市居民碳排放差异较大，应区别对待。根据河南省的不同城市的对比分析，发现，不同地域的城市居民用电方面存在很大的差异。例如，河南省郑州市城市居民平均用电量要远远的高于南阳，这是因为郑州市是河南省的经济发展的中心，经济发展程度要远远的高于南阳的经济的发展的程度，因此，城市居民的人均月用电量要高于南阳。以安阳为例，安阳处于河南省的最北部，城市的气候特征也与南阳有着显著地差异，安阳冬季日平均温度要低于南阳4-5度，因此，冬季的取暖的用电所占的比例要大一些。3.5城市分类通过聚类分析可将河南省城市分为两类：高碳型和低碳型。高碳型是指耗电量高，城市发展水平较高，经济较发达的城市，主要有：郑州、洛阳、开封、平顶山、安阳、新乡、许昌、焦作等城市。低碳型是指耗电量低，经济发展水平较低的城市，主要有信阳、南阳、驻马店、周口、漯河、鹤壁等城市。这两种类型反应了河南省城市居民用电的基本情况。图3-4-2 河南省城市居民用电碳排放空间分异分布图4 调查的基本情况4.1调查的目的、范围、对象、方式及基本内容本次调查的目的是为了探究两类城市用电量不同的影响因素。本次调查的范围是河南省地级城市，主要为南阳市和洛阳市,分别代表了低耗型和高耗型城市,两者具有明显的代表性,通过对二者的对比来探究两类城市的耗能因素。调查对象为河南省城市成年居民。调查的方式多样,采用实地问卷调查的方式,采用街头随机问卷调查、网上问卷星问卷调查和深入城市市民居住地内部相结合的方法。调查的主要内容有：家庭成员最高学历、住房面积、家庭常住人口、家庭人均月收入、经常使用的电器、春秋季月用电量、夏冬季月用电量、夏季常用的降温方法、使用空调的时间、冬季取暖情况、以及对现在的电器的认识等。4.2调查的样本情况本次以南阳和洛阳市为例进行调查，共计调查有效样本各330份。图4-2-1城市居民家庭人均月收入比例图4-2-2城市居民家庭成员最高学历比例样本分布状况 :从家庭人均月收入状况来看南阳一千元以下的市占总调查人数的16.36%；一千到两千元之间的人数占总人数的41.82%，两千到三千之间的占总人数的38.18%，三千元以上的占总人口的3.64%。而洛阳市的低收入人群比例小于南阳市，高收入则稍多于南阳市（参看图4-2-1）。从家庭成员最高学历上面来说南阳市初中及以下的占7.27%，研究生以及研究生以上学历的占9.09%，高中或者中专学历的占10.91%，大专或者本科学历的占72.73%。洛阳市的高学历人口数多于南阳，低学历人数则相对较少（参看图4-2-2）。4.3城市居民用电状况分析经常使用的用电器：图4-3-1城市居民家庭经常使用的各个用电器比例此次问卷调查对城市居民主要的用电器进行了深入调查，其中冰箱、电视机和洗衣机作为城市居民的主要用电器在城市家庭生活中占据主要的地位。从南阳市调查可以看出电视机是城市家庭生活最主要的部分，其所占比例高达94.55%；其次是电冰箱所占比例为87.27%。而洗衣机所占比例为80.00%，空调所占比例为69.09%，电脑所占比例为65.45%，电磁灶占比例为67.27%，电热水器所占比例为29.09%，电饭锅所占比例为58.18%，其他用电器所占比例共为20.00%。而洛阳市居民家庭总体用电器数量均多于南阳市，但整体差别不大（参见图4-3-1）。从以上调查结果来看，城市家庭节能减排应着重关注电冰箱、电冰箱以及洗衣机。四季各个季节月用电量：图4-3-2城市居民家庭春秋季月用电量比重图4-3-3城市居民家庭夏季月用电量比重图4-3-4城市居民家庭冬季月用电量比重月电量对比发现，一年四季各个季节都有自己的用电特点，冬季和夏季用电量明显高于春秋季。因此，各个季节的月用电量也应该各有特点。从温度的角度来看，春秋季节温度适宜，因此将春秋季划为一类；夏、冬季节分别化为一类来进行调查。从春秋季月用电量比重图来看南阳市居民用电100度到150度的比例为18.18%;50度到100度之间的占56.36%;低于50度的占21.82%;150度以上的占3.64%;洛阳市居民用电量也集中于50度到100度之间（参看图4-3-2）。由此可知，春秋季节主要的用电量集中在50到100度之间,两地用电比重呈现正相关。夏季月用电量比重图显示南阳市低于50度的用户所占的比例为1.82%；100度到150度之间的用户比例为40.00%；100度到150度之间的用户所占的比例为36.36%；150度以上的用户所占比例为21.82%(参看图5-3-3）。洛阳市居民用电分布在100度以上高于南阳地区,由此可知，夏季城市居民月用电量主要集中在50度到100度和100度到150度之间,洛阳市居民高用电量比重大于南阳市,同时说明夏季用电量明显高于春秋季。冬季月用电量比重图显示南阳地区低于50度的用户所占比例为12.73%；50度到100度之间的用户所占的比例为49.09%;100度到150度之间的用户的比例为29.09%;150度以上的用户所占的比例为9.09%(参看图4-3-4)。洛阳市在100度以上用电量的比重高于南阳。通过图可知该季节月用电量主要集中在50-100度和100-150度这两个阶段。综合春夏秋冬四季的用电情况可以看出春秋季节用电量较少，大都集中在50到100度之间，而夏季冬季大都集中在50到100度，100度到150度之间，用电量较多是因为河南属暖温带-亚热带、湿润-半湿润季风气候。一般特点是冬季寒冷，夏季炎热；夏天河南的市民需要采取降温措施，冬季，需要进行取暖。偏北的城市冬季较冷，洛阳纬度高于南阳，所以洛阳冬季取暖用电量多于南阳。夏季全省普遍高温，均需采取降温，导致夏季用电量增加，但两地区用电量比重差别不大。综上可知，冬夏季节是河南城市居民用电的高峰季节，因此用电碳排放量也是相对较高的季节。城市家庭节能减排应着重关注夏季降温方式的选择以及冬季如何取暖。同时也说明了气候是影响居民降温或取暖用电的根本因素。图4-3-5城市居民家庭夏季降温方式比例图4-3-6城市居民家庭空调每天的使用时间比例图4-3-7城市居民家庭空调常设温度比例从夏季家庭降温方式来看空调所占比例最高83.64%，电风扇的比例为54.55%，空调扇的比例为7.27%，其他的降温方式的比例为1.82%(参看图4-3-5）。空调成为夏季城市居民主要的降温方式。电风扇在河南省城市居民家庭生活用电中仍占一定的比例。夏季空调日使用时间4-6小时的占49.09%，使用时间在7-9小时的占30.91%（参看图4-3-6），从整体时间来看，以及综合前人的调查结果来看，河南省城市居民的节约意识有了很大的提高。空调的常设温度在20-25度的比例为70.91%，26度以上的比例占21.82%（参看图4-3-7）。河南省仍有一大部分的城市居民空调温度开的过低。这也从一定程度上造成了城市用电碳排放的的增加，也造成了一定程度的浪费。图4-3-8 城市居民家庭冬季取暖时间比例图4-3-9城市居民家庭冬季每天取暖时间比例图4-3-10城市居民家庭冬季取暖方式比例河南省冬季寒冷干燥，因此冬季取暖成了城市居民家庭生活必不可少的部分。其中，城市家庭取暖用电量也在城市居民用中的有着举足轻重的地步。从柱状图统计数据来看，南阳冬季不用取暖的占25.45%，家庭用电取暖的占56.36%，自家煤取暖的占20.00%;洛阳地区取暖类型多样,且取暖人数多（参看图4-3-10）。南阳冬季取暖1、2、3、4个月的分别占34.55%、49.09%、9.09%、3.64%,而洛阳地区取暖时间较长（参看图4-3-8）。冬天每天取暖时间1-3小时、4-6小时、7-9小时、10-12小时、12小时以上的比例分别为：41.82%、34.55%、14.55%、5.45%、0.00%（参看图4-3-9）。由此可知，城市取暖的大多数两个月；每天取暖的时间大部分为1-3个小时。图4-3-11城市居民家庭对取暖效果的满意程度比例从城市居民对取暖效果满意程度上来看，南阳地区有40.00%持满意与态度；45.45%感觉效果一般；很满意的为7.27%；很满意的为0.00%,洛阳地区满意度也较低(参看图4-3-11)。由此可知，目前市场的取暖方式不能满足城市居民对取暖的需求。4.4 用电影响因素分析4.4.1 河南省城市居民家庭用电受学历水平的影响对比分析两地不同学历居民四季的用电量，可以发现，学历水平处于大专或者大专以上的人群的家庭的用电分配较为合理。这个是因为，学历水平越高，收的教育越好，对节能环保的了解程度越高，因此，他们的用电要相对合理；而教育文化水平较低的城市居民，自身的素质还没有达到一定的程度，因此，会造成不合理用带你的现象的发生。4.4.2 河南省城市居民家庭用电受消费心理影响较大消费心理影响消费观念，当一个人的消费观念出现问题的时候，那么，他的行为也会出现问题。综合分析城市居民选择家用电电器的时候考虑的因素，及城市居民的月用电量，可以发现，其他条件一致的情况下，城市家庭用电量的多少和城市家庭购买电器时的考虑因素相一致。购买家电主要考虑节能因素的家庭的用电量相对较少；而主要考虑价格或者其他因素的家庭的用电量相对较高。4.4.3 城市家庭用电量和家庭收入有着很大的关系对比城市居民家庭人均收入和一个城市的家庭的用电量。在的学历、家庭人口数等条件相同的情况下，对比不同家庭的家庭那个用电量，可以看出，家庭收入高者家庭的常用家电相对较多，而且用电量也相对较高；相反家庭人均收入较低的情况下，家庭的用电量相对较低。4.4.4 河南省城市居民的用电能耗跟居民的家电使用的方式有关现在，来综合对比一下，夏天降温方式，冬天的取暖方式，以及各自的使用时间。夏季降温使用的时间在4至6小时的家庭的夏季月用电量大都集中在50度到100度，而夏天的降温时间在7至9小时的家庭的夏季月用电量在100度到150度之间。对比城市人口数量和家庭用能使用情况，家庭人口多者使用电量较多，这可能和家庭养老有关，夏季，天气炎热，老人长期待在家中需要长时间用电来降温防暑；而冬季，河南天气寒冷，老人需要呆在家中长时间取暖。因而，这也是影响河南省城市家庭用能的一种因素。5 建议策略5.1培养节能意识改变城市居民家庭不合理的用电观念，使城市市民逐渐形成节电意识。政府应加强节能宣传，积极发动城市居民参加节能活动。市民也应该主动加强自身的环保知识，争做环保节能好市民。5.2 改变城市居民家庭用电不合理的使用方式城市市民应努力改正自身的不合理的用电习惯，当夏季使用空调时温度不要开的过低应调整在26度以及以上；当然，冬季使用家电取暖的时候温度也不要开得过高，要保证空调温度始终在一个合理的范围内。夏天是电冰箱使用率最高的季节，不少家庭由于冰箱摆放和使用方法不恰当，浪费了很多电能。 冰箱要尽量放置在阴凉通风处，靠近墙的距离最好控制在10厘米左右，这样有利于散热。还有出门或者不需照明是应及时关闭电灯开关等等。广大市民朋友应在生活中多总结多借鉴，逐步改变自己的不合理的用电方式2。5.3 加强科学文化教育，提高河南省城市居民的科学文化水平政府部门应加大对教育投入的力度，制定相应的政策促进教育的发展。广大市民同志也应该积极地学习科学文化知识；家庭里家长也应该对子女加强科学文化的教育。5.4政府应制定相关政策，鼓励城市居民采用节能家电政府可以实行节能家电优惠政策，凡购买节能家电者可以享受优惠待遇，从而，促进市民使用节能家电。5.5政府应采取相应措施，规范城市家电市场政府可以指定相关政策和相关法规，抑制大耗能，不合格的用电器进入市场，形成很有序，健康的城市家电市场。5.6加大科技投入，研发出更好的节能低耗的家电产品政府应加大对节能的产品的开发的力度，组织研发团队为家电产业增添新的力量。5.7学校也应该加强节电教育学校是一个将教书，育人的场所，是培育祖国新的花朵的地方，更应该加强节能节电的教育。开展节能讲座，组织节能活动月等等以此来对未来的节能减排做出贡献。6 结论与讨论城市作为物质空间，容纳了各种生产及创造性活动，进行着各种物与能量交换，城市节能减排对全球气候与环境的影响意义重大理论论述、模型的指标量化方面针对性不足，缺乏相应的实证分析3。而量化城市发展过程中的用电碳排放量、结合GIS建立辅助决策的用电碳排放空间分布模型对于建立低碳城市以促进城市环境保护参与综合决策，提高城市环境基础设施的建设水平，促进城市产业结构和和能源结构的调整具有重要的意义5。通过对河南省研究发现用电碳排放空间分异机制主要受到自然环境气候的影响,其次是经济水平的影响,最后是居民的消费意识和节能意识的影响。此外，不同城市的生活习惯和人们的消费观念也影响着城市的居民的用电结构。 参 考 文 献1 张艳.我国城市居民直接能耗的碳排放类型及影响因素 .地理研究.2012,2.2 张艳.生活方式对开封城市家庭采暖碳排放的影响.地理科学进展.2013，7.3 高坤.城市化与居民生活用电需求的实证分析.2007.114 王莉雯.基于RS和GIS的沈阳碳排放空