Методи та засоби аналізу процесів землекористування для дослідження емісії вуглекислого газу

Abstract

У дисертації вирішена актуальна наукова задача розроблення методів та засобів інформаційної технології аналізу процесів землекористування з використанням імітаційної та рекурсивної моделей для моніторингу емісій вуглекислого газу. Проведено аналіз відомих інформаційних технологій аналізу землекористування та виділені інформаційні технології, що застосовуються для аналізу впливу можливих управлінських рішень, чи заходів у сфері землекористування на рівень емісій вуглекислого газу. Розроблено метод визначення динаміки зміни вартості лісу з врахуванням віку рубки, у якому на відміну від відомих методів враховано втрату вартості у наступному періоді моделювання і класі віку, що дало можливість розробити метод аналізу процесів лісокористування для рекурсивної моделі. Удосконалено метод аналізу процесів лісокористування з використанням рекурсивної моделі часткової рівноваги шляхом врахування втрат вартості лісу, що забезпечило обмін доступними даними про динаміку вікової структури у інформаційній технології аналізу землекористування. Удосконалено метод обміну даними між моделями-складовими інформаційної технології аналізу процесів землекористування шляхом доповнення зв'язків між ними, що дало змогу застосувати розроблені та вдосконалені методи у досліджуваній інформаційній технології. Метод опрацювання вхідних даних для інформаційної технології аналізу землекористування було удосконалено шляхом прогнозування значень додаткових параметрів, які характеризують досліджувані управлінські рішення України, що забезпечило можливість аналізу процесів майбутніх періодів. В диссертации решена актуальная научная задача разработки методов и средств информационной технологии анализа процессов землепользования с использованием имитационной и рекурсивной моделей для мониторинга эмиссий углекислого газа. Проведен анализ известных информационных технологий анализа землепользования и выделены информационные технологии, применяемые для анализа влияния возможных управленческих решений, или мероприятий в сфере землепользования на уровень эмиссий углекислого газа. Разработан метод определения динамики изменения стоимости леса с учетом возраста рубки, в котором в отличие от известных методов учтено потерю стоимости в следующем периоде моделирования в классе возраста, что позволило разработать метод анализа процессов лесопользования для рекурсивной модели. Усовершенствован метод анализа процессов лесопользования с использованием рекурсивной модели частичного равновесия путем учета потерь стоимости леса, обеспечило обмен доступными данными о динамике возрастной структуры в информационной технологии анализа землепользования. Метод обработки входных данных для информационной технологии анализа землепользования была усовершенствована путем прогнозирования значений дополнительных параметров, характеризующих исследуемые управленческие решения Украины, что обеспечило возможность анализа процессов будущих периодов. A relevant scientific task on developing methods and tools for the information technology for analysis of the land use processes applying a simulation model and a recursive model for studying carbon dioxide emissions was resolved. Numerous information technologies used for land use analysis were studied with the emphasis on technologies which investigate national policies and policymakers decisions on land use sector and the impacts on the sector’s carbon dioxide emissions and removals. The conducted research focused on two models: the Global Forest Model (G4M) and the Global Biosphere Management Model (GLOBIOM). The G4M model simulates forest management and land use changes in order to predict how certain polices and policymaker decisions will impact global, regional or country level deforestation and forest growth and, therefore, emissions and removals from the land use sector. GLOBIOM is a recursive, dynamic partial-equilibrium economic model of the competition for land among the major users of land, including the forest sector, agriculture and bioenergy. The model considers the relative profitability the goods and commodities produced at local conditions and prices to maximize the welfare of consumers and producers. When combined as an information technology, the two models to provide a robust and complex understanding of the interconnectivity between climate change and land use sector, as well as its future development. The conducted research focused on improving the two way linkage between the two models, increasing the accuracy of results produced by studied information technology. Improving two data flow of the linked models – wood demand and forest age class structure, has required the structural changes of the methods and algorithms utilized within the information technology. Developed approach for modeling forest management is based on changes of forest value over time as well as potential losses of forest value for the subsequent modeling period and forest age class. The introduced approach improves a consideration of future state of forest under recursive model and permits the exchange between two models with data related to forest age class. The modified approach for modeling the forest management operations in G4M takes into account wood quality characteristics and divides the algorithm of tree felling by demand for the different wood assortments. Introducing the new linkages for wood quality, using additional available data on wood demand value, improved the data ex-change processes between the modelling components. The application of the modified approach increased the accuracy of modeled results by 38-43% compared to the results estimated with the general approach. Socioeconomic scenarios which represent policymaking decisions in Ukraine towards bioenergy sector, have been incorporated into the modeling framework as input data to provide the possibility of studying a future of the land use sector with consideration of specificcountry policies. The information technology of land use analysis can be applied as a tool for investigating the impacts of state policies and policymakers’ decisions on the land use sector of Ukraine and also on the environment, as well as emissions and removals levels from the land use sector.