在全球的碳排放中，城市贡献了其中约70%，并且消耗了全球2/3的能源。数字化技术为空间碳源和碳汇数据的准确获取和分析提供了动态数据信息平台，可提升国土空间规划的全要素管控效率，促进城市领域的碳减排。
本文基于数字化分析方法发现：生态脆弱性识别与安全格局构建是建立生态韧性城市空间需要重点关注的方面，利用遥感技术测算碳汇过程中的同一类型内容由于地理特征不同带来误差的问题值得关注，未来城市空间碳汇精准计量需要通过宏、微观相结合，多平台、多时段动态监测相结合的方式来实现。
城市低碳发展是广泛而深刻的经济社会系统性变革，综合考虑能源问题与城市的可持续发展具有现实意义。
从全球行动和国家层面来看，全面推进生态环境改善以及提升资源与能源效率不仅依靠行政与规划管控，还需要城市空间发展理念与有效的技术结合作为支撑。
通过结合地理信息系统和实时卫星通信，利用能源生产和消费数据、金融交易平台数据以及经济和社会核算数据，可实现碳排放量的精确计算和测量，从而建立区域碳交易平台的智慧互联，为国家及其城市提供中和的最佳技术和政策组合。
城市碳中和与数字化技术
人类和居住的城市面临着气候变化带来的挑战和机遇，需要在各个层面向低碳转型迈进。
与此同时，以数字化、人工智能化为代表的第三次工业革命和以虚拟现实、量子信息技术、清洁能源技术为代表的第四次工业革命为城市的可持续发展带来了技术解决方案。
城市规划与政策制定者在多层次治理城市中倡导低碳发展理念和转型更新要求，对创新政策和实施内容给出新的发展导向。
就中国而言，在城市空间落实低碳目标进程中，对国土空间规划及前沿技术提出了新的要求。
《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》中，一方面从国土空间规划架构层面，强调将“双碳”目标逐级扎实落实于五级三类的国土空间中的重要性；另一方面从信息化建设与科学技术布局层面，强调前沿技术应用国土空间规划的重要性。
前沿技术可以保障国土空间规划全周期科学且有效地落实“双碳”目标。
在构建国土空间规划中，数字化技术有效推动了“双碳”目标的实现，以温室气体的吸收、释放机制耦合国土空间规划、治理是主导的研究方向。
碳排放与碳汇是融合数字化与国土空间规划后两项落实“双碳”目标的重要抓手。
Lee等指出，制定城市政策满足城市智慧型增长的关键是减少温室气体排放和稳定气候战略。
Makido等建立了碳排放与城市形态之间的关系。
Wang等得出了中国104个城市形态与二氧化碳排放的关系，用于指导城市空间结构进而实现低碳目标。
黄贤金等分析了中国2060年实现碳中和的可行性以及国土利用碳汇分布情况，为优化国土空间分布格局提供了决策参考。
除了城市结构、布局、形态外，也有学者探索数字化技术应用于城市治理及国土空间规划落实低碳目标的挑战与难点。
Glaeser等指出，不断变化的城市发展模式可能会对总碳排放产生巨大影响。
张赫等构建了低碳评价指标体系，来掌握县域国土空间总体规划控制碳排放层面薄弱环节。
Zheng等开发了一种新的方法，基于卫星检索量化当地人为二氧化碳排放情况。
监督评估阶段有效的技术应用可以依托“多规合一”及“一张图”保障“双碳”监测评估科学性与及时性，强调统一底图、统一标准、统一平台和统一管理可从城市尺度整合资源，全过程精准管理碳减排与碳汇。
近年来，我国遵循国土空间规划“一张图”平台体系框架的指引，由上而下落实“双碳”目标。
在资源整合的基础上，运用技术实现更加智慧化的监督和更精进的评估是学者重点探索的内容。
加州大学伯克利分校设计与实施了一种分布式二氧化碳监测仪器，在空间尺度上捕获了与城市环境相关的不同时间段二氧化碳信号。
Han等发现，基于国家级数据的排放清单与地级市级别的清单中，碳排估算中产生了很大差异，指出碳排放清单确定的高排放区域对监测仪器的部署具有重要意义。
相关研究对于国土空间规划耦合双碳目标的研究各有侧重，但数字化技术始终贯穿其中。
“双碳”目标通过碳排与碳汇2条主线落实到国土空间规划内容中，且碳排放效果受能源消费和能源结构的影响。
城市中交通、建筑与产业是3大重要的能源消费终端。能源及消费结构调整背景下，传统的规划需要变革，尤其在能源需求的发展与分配方面需要融合智慧与技术性优势。
碳汇效果取决于国土空间规划中增汇行动的力度，具体体现在森林、草原、湿地、耕地等国土空间吸收并储存二氧化碳的能力。
“双碳”背景下国土空间规划的数字化技术应用分析
为了精确掌握国土空间各要素碳排放与碳汇的情况，有效支撑规划的科学性与合理性，需要构建碳排放量与碳汇计量的基础数据库。
智慧与数字化时代背景下，数据从小样本走向大样本，从静态走向动态，从注重物质空间数据走向注重活动空间数据。
在应用过程中，多源数据转向多源数据统一，统一的数据形成了国土空间基础信息平台，即数字化生态基础设施。
碳减排耦合数字国土的关键内容是轨迹数据的挖掘，碳汇耦合数字国土的关键内容是生态脆弱空间的识别与生态安全格局的构建。
城市空间碳排放数字化技术
随着信息化建设在城市载体中逐步运用，数字化技术的创新为智慧城市提供极大动能。
传统数据向大样本量、实时动态、注重活动空间的方向变革。
利用传感器、各类模型，拓宽时间与空间维度的数据范围可大批量精准抓取数据。
通过轨迹数据挖掘技术可以实现数据的动态溯源及精准掌握人与环境的互动关系。
碳排放的轨迹分析主要有时间轨迹、空间轨迹和时空轨迹。碳排放轨迹数据挖掘研究有以下3类方向：
第一类侧重系统维度的碳排放轨迹数据挖掘，其中对交通数据的计量是主导研究方向。
孙占波等结合交通干线样本流中收集的移动传感数据及综合模态排放模型，估算整个交通流的总碳排放。
Wang等提出了一种基于低频GPS轨迹估计车辆碳排放量的新方法。
Saxe等追踪了公共交通中地铁从开通到2011年的碳排放情况与影响。
第二类侧重空间维度的碳排放轨迹数据挖掘。
Sun等将交通轨迹数据与人口密度数据叠合，按照人口分布将研究区域划分为网格进行计算，得到了出行排放的时空趋势及影响因素。
以空间维度挖掘轨迹数据时，应着重考量人口要素。
“Kaya恒等式”中提出二氧化碳排放量主要由人均GDP、人口数量、能源强度、碳排放系数因素决定，是一个被广泛使用的方法。
姜洋等对Kaya公式进行了扩展，构建土地利用与碳排放的关联框架，对碳排放量和碳汇量进行计量，从而得到城市空间的碳排放量。
金乐琴等在“Kaya等式扩展式”基础上，建立了LMDI分解模型，充分挖掘碳排放面域轨迹数据，得出中国东部、中部、西部三大区域空间异质性特征。
第三类侧重大数据维度的碳排放轨迹数据挖掘。
霍腾飞等开发了建筑终端能源动态仿真模型，并将集成的SDLEAP模型应用于重庆，结果显示城市住宅建筑碳排放可能会在2042年达到峰值。
系统动力学模型作为一种综合的仿真模型被大量应用于碳排放的分析模拟中。吴萌等、胡玥昕等运用系统动力学模型模拟不同省市下不同行业的能源与产业结构情况、碳排放管理内容。
通过低碳发展模式进行系统动力学仿真预测，可指导城市经济与能源协调发展路径。
在智慧城市与“互联网+”时代背景下，交通方式的变革带来的对碳排计量方式变化的研究，以及轨迹线与人口活动线交织下的精准计量面域碳排放特征研究将是未来研究热点；同时，大数据对于碳排放的情景模拟与预测也成为未来发展的前沿。
城市空间碳汇数字化技术
《联合国气候变化框架公约》将碳汇定义为从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。
由于经济性好且环境友好，生物固碳是广泛采用的固碳方法，主要是利用植物的光合作用，提高生态系统的碳吸收和储存能力，从而减少大气中的二氧化碳浓度。
传统的碳汇数据测算主要依托林业、农业的生产活动碳汇形成机理测算固碳能力，但数据来源不同会造成碳汇能力测算存在误差。
随着国土空间规划与实践的开展，多源数据统一的发展趋势为进一步精准测算碳汇数据提供了基础。
国土空间规划更加注重生态文明建设。
在生态文明背景下精准计算碳汇需要界定清晰边界，生态保护红线划定以及永久基本农田划定显得尤为重要。
构建基本安全格局的基础是对生态脆弱空间的摸底工作。
生态脆弱空间识别技术与安全格局构建技术作为落实碳汇计算的基础工作被广泛讨论与分析。
生态系统净生产力法是研究生态系统碳汇的基本方法。
碳汇研究通过测定生物净初级生产力和环境土壤的呼吸消耗来实现。
目前碳汇多基于光学和微波遥感数据计算，全球80%的森林碳汇都高于饱和点。
地理环境特征的不同造成了生物碳收支核算结果的不同，制约了碳汇的精准计量。
计量碳汇挑战与机遇并存，未来应走向宏观与微观结合，多平台与多时段动态监测结合的精准计量方向。
依托精准的碳排放与碳汇数据对于国土空间规划进行全要素管控，可实现“双碳”目标与城市空间发展路径的有效对接。
结论
数字化技术支撑城市所有部门和职能实现数字化链接，进而共同推进“双碳”目标。
数字化技术使得城市治理走向注重大样本、动态数据以及注重活动空间管理。
城市碳减排数字化技术聚焦时空轨迹数据挖掘。
未来注重变革的交通方式、精准计量面域的碳排放分异情况以及综合应用大数据、人工智能技术是研究热点内容。
碳汇数字化技术注重生态脆弱空间识别与生态安全空间格局构建技术。
依托光学与遥感核算碳汇是主导方向，结合多尺度，多时段精准计量碳汇是研究热门方向。
数据的统一、技术的融合、部门与系统相互连接可提升城市的可持续性、连通性、生态韧性，为实现2030年碳达峰与2060年碳中和目标提供基础技术保障。
作者简介：朱丽，天津大学建筑学院、APEC可持续能源中心，教授，研究方向为低碳建筑设计与技术集成、低碳城镇能源规划。
论文全文发表于《科技导报》2022年第6期
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