本发明涉及土地利用分区优化，具体涉及一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法。
背景技术：
1、作为人类活动的重要表现形式之一，土地利用通过改变地球下垫面特征，强烈作用于地表辐射与物质循环过程，进而对全球与区域等不同尺度下生态环境等产生显著影响。
2、探讨土地利用生态环境效应成为“人—地关系”可持续发展研究的重要内容，围绕融合区域陆地生态系统碳通量特征的土地利用开发问题所形成的各类研究和现有技术主要表现出以下特点：
3、(1)土地利用分区是生态文明建设、优化国土空间格局基础性建设内容，但由于研究时间尚短、理论支撑不足等原因，现有技术中缺乏融合碳通量时空特征土地利用分区的合理方法。土地利用空间分区的理论先后经历了地域分异论、优势区位论、主体功能区理论、可持续发展理论。在世界各国共同推进可持续发展目标和中国新时代“空间治理现代化”的背景下，以人与自然协调为基础的可持续发展理论成为土地利用区划新的理论基础。然而，以可持续发展为理论基础的土地利用空间分区由于发展时间尚短、理论研究不足，其研究尚处在探索阶段，分区研究结果不具有代表性、没有体现区域多功能特征。目前，研究学者基于多种学科理论(如：生态位、系统科学等)，运用多类研究方法(如：比较优势指数、双约束聚类法、两位图论聚类算法等)，构建不同的土地利用空间分区体系(如：“双评价”体系、“三生空间”体系)，开展相关的分区研究工作。其中，土地利用空间分区研究方法经历了从定性、定量到结合现代科学技术的空间型方法的转变。
4、早期土地利用空间分区以定性为主，包含主导因素法、综合分析法；随着土地利用空间分区复杂性的增加，以指标型为特征的定量方法逐渐成为主流，常用方法包括地域聚类法和矩阵分类法；由于地理信息系统在数据采集和处理方面的独特优势，将gis与智能算法相结合的空间型分区方法形成新的趋势，主要包含智能模型法与空间叠置法，可以实现多约束下的土地用途分区。
5、(2)土地利用的影响特征成为区域陆地生态系统碳通量研究新热点，但受多因子复杂交互作用，定量解析其贡献率依然存在较强的不确定性。基于物质守恒基本原理，“碳中和”可表示为“碳中和＝人为碳排放-海陆碳汇＝0”形式。以上表明，“碳中和”两个决定性因素为碳减排和碳增汇，前者主要依赖于节能、调结构、增效和发展清洁能源，也是当前业界所关注的主要方向。然而，为了保证社会、经济与环境三者的协调发展，碳减排过程也须统筹考虑社会经济发展需要，基于能源结构调整的单一策略难以完全支撑碳中和目标。在此背景下，基于陆地生态系统的碳增汇机制逐渐引起了政府与研究人员的高度重视，不同用地类型对碳通量的影响方式与贡献特征成为当前研究的新热点。然而，由于地表生态系统的复杂非线性特征，土地利用的碳通量响应特征存在较强的不确定性，主要原因是不同用地类型的碳通量不仅受其自身的影响，同时也受地理环境、气象水文等其它诸多因素的复杂交互作用。如研究表明，森林通过光合作用进行碳汇能力不仅受辐射与自身光能利用率的影响，同时还受温度与降水等气象因素的胁迫作用而呈现较强的时空变化特征。这种复杂交互作用使得土地利用对不同尺度下碳通量的影响存在极强的时空异质性，如houghton和nassikas在2017年研究发现2006～2015年间土地利用对全球、热带雨林以及北半球中纬度地区碳收支的贡献分量分别为1.11pg c·a-1、1.41pg c·a-1和-0.28pg c·a-1。上述问题使得定量解析土地利用对区域碳通量的影响方式与贡献特征依然面临极大困难，成为制约融合陆地生态系统碳通量时空特征土地利用空间开发的理论与方法瓶颈。
6、(3)土地利用空间规划成为实现碳增汇目标的重要举措，但缺乏有效的模拟手段，融合碳通量时空特征的土地优化决策依然缺乏有效的技术支持。应对“碳增汇”目标，需要尽快建立土地利用空间规划应对逻辑路径，做好碳定量方法、多情景模拟等基础性技术储备，并将其纳入土地利用空间总体框架统筹考虑。建立土地利用的碳通量响应模型是指导开展融合碳通量时空特征土地利用空间规划的重要手段，然而当前该类模型依然较少，有代表性的是image模型和lpjml模型等。其中，image模型通过耦合生态模型、土地利用与社会经济模型，并以社会经济系统为驱动，对土地利用空间格局进行模拟与预测，进而分析土地利用及其碳排放。lpjml模型以生物地球化学过程为导向，通过综合考虑光合作用、植被生长、火灾干扰和灌溉等过程对生态系统碳贮存的影响，模拟自然生态系统和农业生态系统的植被组成和碳水循环。此外，国内黄贤金等在2021年采用ipat和ibis模型，在预测人为碳排放和陆地生态系统碳汇的基础上，探讨了中国2060年实现碳中和的可行性以及不同土地利用方式承载的碳汇分布。上述模型为碳增汇与土地管理协同模拟提供了借鉴与参考，但模型结构与参数固化，难以针对区域特征进行差异化拓展。另一方面，当前研究较多关注不同土地政策对碳通量的影响，融合碳通量时空特征的土地优化模型还十分匮乏，对土地利用空间开发决策的支持力度有限。上述问题亟待在深入理解地球系统多要素相互作用过程机制的基础上，完善地球系统理论与模式，研发表达地球系统各部分相互作用过程的模型，通过设置不同的碳增汇目标约束，得到最优的碳增汇路径。中国科学院研发的具有自主知识产权的第二代地球系统模式(cas-esm2)实现了碳循环、气候与土地的耦合，可以模拟地球主要分系统对不同碳中和路径的响应，但模型结构较复杂，主要用于全球尺度的大范围碳循环研究，区域应用难度较大，对人为影响、植被动态演变等过程的描述也有待于进一步完善。因此，有必要针对区域尺度土地管理与碳增汇目标，系统研究各要素内在联系，建立土地利用与碳循环协同模型，服务于融合碳通量时空特征的土地利用优化模拟。
7、综上，面对全球气候变暖的急迫形势与严峻挑战，开展融合碳通量时空特征的土地利用空间优化研究已成为政府部门与研究人员高度重视的热点问题。然而，当前研究和技术方案依然面临以下系列尚待攻克的科学难题：1)融合碳通量特征的土地利用分区研究依然缺失；2)多因子交互作用下碳通量的土地利用影响方式与贡献特征尚不明确；3)融合碳通量时空特征的土地利用优化模型研究匮乏。
8、针对以上现状，现有技术中亟需构建土地利用分区指标体系，系统研究土地利用对区域碳通量的影响方式与贡献程度，构建出土地利用分区碳通量响应模型，模拟不同土地利用情景下的碳通量响应特征，为区域土地利用规划提供科学依据。
技术实现思路
1、针对现有技术中融合陆地生态系统碳通量时空特征中的分区管理策略缺失、土地影响特征不明、土地利用优化模型匮乏等技术问题，本发明提供一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
3、一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，包括：
4、一、进行融合碳通量时空特征的土地利用综合功能分区；
5、二、进行区域碳通量多因子交互作用与土地利用贡献特征的定量解析，得到区域碳通量与土地利用影响特征；
6、三、结合步骤一得到的土地利用分区结果，以及步骤二得到的区域碳通量与土地利用影响特征建立融合碳通量时空特征的土地利用优化模型。
7、其中，所述步骤一包括：
8、子步骤1-1：选取土地利用评价指标并构建土地利用评价指标体系；
9、子步骤1-2：进行指标标准化处理及权重确定；
10、子步骤1-3：进而得出土地利用分区结果以及碳通量时空特征分区；
11、子步骤1-4：对所述土地利用分区结果与碳通量时空特征分区进行空间叠加，最终划分为融合碳通量时空特征的土地利用综合功能分区。
12、更进一步的，所述子步骤1-2中的指标标准化处理方法为：将指标值映射到[0，1]之间，并采用正、负向指标标准化表示：
13、正向指标:
14、负向指标:
15、式中，yij为第j项指标下第i个因子的标准化值，xij为第j项指标下第i个因子的原始值，max xj、min xj分别为第j项指标的最大值、最小值。
16、作为一种设计方式，所述步骤二包括以下子步骤：
17、子步骤2-1：得到耦合多源遥感数据的陆地生态系统碳通量时空特征；
18、子步骤2-2：根据不同土地类型碳通量结果，结合水文气象、生态环境的影响因素得出土地利用尺度碳通量的影响因子及多因子交互作用；
19、子步骤2-3：根据子步骤2-2得到的土地利用尺度碳通量的影响因子及多因子交互作用进行区域尺度土地利用对碳通量贡献分量的定量解析。
20、作为一种设计方式，所述步骤三包括以下子步骤：
21、子步骤3-1：结合步骤一得到的土地利用分区结果，以及步骤二得到的区域碳通量与土地利用影响特征得出不同分区下陆地生态系统碳通量的影响因子；
22、子步骤3-2：基于子步骤3-1得出的不同分区下陆地生态系统碳通量的影响因子建立土地利用的分区碳通量响应模型；
23、子步骤3-3：基于子步骤3-2建立的不同分区土地利用的碳通量响应模型，模拟得出不同土地利用情景下碳通量预测结果并构建不同分区土地利用优化模型。
24、进一步的，所述子步骤3-1包括：
25、结合子步骤一得到的融合碳通量时空特征的土地利用分区结果及子步骤二得到的区域碳通量特征，利用gis叠加分析得出不同分区的碳通量时空特征，并对比分析得出各分区的碳通量特点及变化趋势；
26、基于各分区的碳通量特点及变化趋势，采用地理探测器方法，基于不同分区输入参数对碳通量的解释度及因子交互作用的强弱程度识别出不同分区的主导因子，得出不同分区下碳通量时空特征的影响因子及其交互作用；
27、在识别出主导因子的基础上，采用多元线性回归分析方法，建立不同分区的碳通量关联方程。
28、更进一步，所述子步骤3-2的土地利用的碳通量响应模型建立过程中基于子步骤3-1的分区影响因子识别结果，依据不同的分区，为各个分区模拟提供输入参数。
29、更进一步，所述子步骤3-2的土地利用的碳通量响应模型建立过程中采用系统动力学方法，构建不同分区碳通量的多因子复杂交互模型框架，开展各分区土地利用与碳通量全局模拟，得到不同分区土地利用与碳通量动态响应关系的宏观特征。
30、与现有技术相比，本发明提出一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，包括开展融合碳通量时空特征的土地利用综合功能分区、区域碳通量多因子交互作用与土地利用贡献特征的定量解析、融合碳通量时空特征的土地利用分区优化模型构建。本发明提供的方法整合多源遥感数据、地理信息系统以及复杂的数学模型，具有科学性强、操作简便、实用性强等特点，本技术能够为开展科学、高效的融合碳通量时空特征的土地利用分区优化提供模型支撑。
1.一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述步骤一包括：
3.根据权利要求2所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述子步骤1-2中的指标标准化处理方法为：将指标值映射到[0，1]之间，并采用正、负向指标标准化表示：
4.根据权利要求1所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述步骤二包括以下子步骤：
5.根据权利要求1所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述步骤三包括以下子步骤：
6.根据权利要求5所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述子步骤3-1包括：
7.根据权利要求5或者6所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述子步骤3-2的土地利用的碳通量响应模型建立过程中基于子步骤3-1的分区影响因子识别结果，依据不同的分区，为各个分区模拟提供输入参数。
8.根据权利要求5或者6所述的一种融合陆地生态系统碳通量时空特征的土地利用优化模型构建方法，其特征在于，所述子步骤3-2的土地利用的碳通量响应模型建立过程中采用系统动力学方法，构建不同分区碳通量的多因子复杂交互模型框架，开展各分区土地利用与碳通量全局模拟，得到不同分区土地利用与碳通量动态响应关系的宏观特征。
