Integrating System Dynamics, Land Change Models, and Machine Learning to Simulate and Predict Ecosystem Carbon Sequestration Under RCP-SSP Scenarios: Fusing Land and Climate Changes

固碳 环境科学 碳汇 气候变化 土地利用 生态系统服务 环境资源管理 生态系统 初级生产 土地利用、土地利用的变化和林业 可持续发展 温室气体 碳中和 全球变化 生态学 二氧化碳 生物
作者
Yuzhou Zhang,Yiyang Zhang,Jianxin Yang,Weilong Wu,Tao Rong
出处
期刊:Land [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (11): 1967-1967
标识
DOI:10.3390/land13111967
摘要

Understanding the impacts of land use and vegetation carbon sequestration under varying climate scenarios is essential for optimizing regional ecosystem services and shaping sustainable socioeconomic policies. This study presents a novel research framework that integrates a system dynamics (SD) model, a patch generation land use simulation (PLUS) model, and the random forest algorithm, coupled with SSP-RCP scenarios from Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6), to simulate future vegetation net primary production (NPP). A case study in Hubei Province, central China, demonstrates the framework’s effectiveness in elucidating the interactions between land use change, climate change, topography, and vegetation conditions on carbon sequestration. The integration of SSP-RCP scenarios provides a clear understanding of how different climate conditions influence regional carbon sinks, offering valuable scientific insights for regional carbon neutrality and sustainable development policymaking. The simulation results for Hubei Province across the years 2030, 2040, 2050, and 2060, under three pathways—SSP1-1.9, SSP2-4.5, and SSP5-8.5—reveal that SSP1-1.9 leads to the highest carbon sequestration, while SSP5-8.5 results in the lowest. The annual total carbon sink ranges from 115.99 TgC to 117.59 TgC, with trends varying across scenarios, underscoring the significant impact of policy choices on local ecosystems. The findings suggest that under low-carbon emission scenarios, there is greater potential for NPP growth, making carbon neutrality goals more achievable.

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