碳中和背景下长株潭都市圈碳盈余与赤字的多情景模拟预测研究

为应对全球气候变化挑战，研究人员聚焦中国首个国家级都市圈——长株潭（CMA），采用STIRPAT和CA-Markov模型耦合方法，模拟2030-2060年不同情景下的碳源汇动态。研究发现该区域长期处于碳赤字状态，2060年仍需削减至少2122.44×104t碳排放方能实现碳中和，为都市圈低碳规划提供关键数据支撑。

　　

随着全球变暖加剧，碳中和已成为21世纪人类社会的核心议题。作为全球最大的碳排放国，中国提出"2030碳达峰、2060碳中和"目标，而都市圈作为城镇化最活跃的区域，其碳平衡研究具有战略意义。长株潭都市圈（CMA）是中国首个国家级都市圈，也是长江中游城市群的核心增长极，其高强度的经济活动导致碳排放持续攀升，但现有研究多聚焦国家或省级尺度，对都市圈这一特殊空间单元的碳循环机制缺乏系统认知。

湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院的研究团队在《Carbon Balance and Management》发表最新成果，通过整合社会经济驱动与土地利用变化双重维度，构建了CMA碳收支评估体系。研究采用STIRPAT模型量化GDP、人口等因子对碳排放的弹性系数，结合CA-Markov模型模拟不同政策导向下的土地利用演变，首次实现了都市圈尺度碳源汇的多情景动态预测。

关键技术方法包括：(1)基于岭回归的STIRPAT扩展模型，消除变量多重共线性；(2)CA-Markov模型模拟4种土地情景（基准、耕地保护、生态优先、过度扩张），精度验证Kappa达0.91；(3)碳吸收系数法估算植被碳汇，数据涵盖2000-2020年30m分辨率土地利用数据及CEADS碳排放数据集。

研究结果
历史碳赤字演变特征
2000-2020年CMA持续处于碳赤字状态，岳麓区赤字增幅最大达-11.22×10⁶t（2020年）。空间分析显示，西部和北部工业集聚区赤字程度加重，与能源消费增长呈显著正相关（图10）。

多情景预测结果
碳排放趋势：所有情景下碳排放均于2030年达峰，其中强化低碳情景（C4）最早于2022年达峰（109.99×10⁶t）。2060年技术突破情景（C3）碳排放可降至36.58×10⁶t（表6）。

碳汇变化：生态优先情景（S3）碳汇能力最强（2060年370.11×10⁴t），但所有情景均呈现下降趋势，主因城市建设用地侵占森林（表9）。

碳平衡缺口：2060年最优情景组合（S3-C4）仍存在2122.44×10⁴t缺口（图12），表明单纯依赖碳汇提升无法实现碳中和。

结论与意义
该研究揭示了都市圈碳减排的两大关键路径：工业能源结构调整（贡献度78.5%）与生态空间保护（碳汇差异达44.22×10⁴t）。创新性提出"耕地保护-低碳技术"协同方案（S2-C4），可在保障粮食安全前提下减少15.7%碳排放。成果为《长株潭生态绿心保护条例》等政策提供了量化依据，建立的"社会经济-土地利用-碳循环"耦合框架，对全球快速城镇化地区的碳中和研究具有方法论借鉴价值。未来需加强工业过程碳排放在内的全口径核算，并探索碳市场机制对都市圈跨区域协同治理的促进作用。