基于GM-ARIMA耦合模型的碳排放动态预测与绿色低碳转型路径优化研究——以山东省的碳排放量为例进行预测分析
Research on Carbon Emission Dynamic Prediction and Green and Low-Carbon Transformation Path Optimization Based on GM-ARIMA Coupling Model—Conducting a Predictive Analysis Based on the Carbon Emissions of Shandong Province
DOI: 10.12677/jlce.2025.143029, PDF,    科研立项经费支持
作者: 张海珊, 吴禹衡, 叶 础, 李 真*:广东财经大学统计与数学学院,广东 广州
关键词: GM-ARIMA碳排放量测算耦合度分析PSO网格搜索GM-ARIMA Carbon Emission Measurement Coupling Degree Analysis PSO Grid Search
摘要: 本文聚焦于农业生产材料投入能力与碳排放的研究,以山东省为例,对山东省碳排放量进行预测分析。首先,建立了碳排放量的灰色时间序列预测模型,并使用粒子群优化算法(PSO),对该模型的灰作用量、发展系数两个参数进行优化。接着,利用自回归积分滑动平均算法(ARIMA)分析预测模型的残差,并通过网格搜索法优化ARIMA模型的pdq参数。最后,利用ARIMA模型的残差预测结果对灰色预测模型进行补偿。本文创新性地提出了灰色理论–自回归滑动平均模型复合模型(GM-ARIMA),旨在充分发挥灰色理论在处理不确定性和不完全信息方面的独特优势,同时结合ARIMA模型在时间序列分析中的强大预测能力来消除模型残差,从而为农业碳排放量的预测提供一个可靠的基础模型。
Abstract: This article focuses on the research of agricultural production materials input capacity and carbon emissions, using Shandong Province as a case study to predict and analyze the carbon emission levels in the region. Firstly, a gray time series prediction model for carbon emissions was established, and two parameters of the model—gray influence amount and development coefficient—were optimized using the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Subsequently, the Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) algorithm was employed to analyze the residuals of the prediction model, followed by parameter optimization of the ARIMA model through grid search method. Finally, the residual predictions from the ARIMA model were used to compensate for the gray prediction model. This article innovatively proposes a composite model of Gray Theory and Autoregressive Moving Average (GM-ARIMA), aiming to fully leverage the unique advantages of gray theory in handling uncertainty and incomplete information, while integrating the powerful predictive capability of the ARIMA model in time series analysis to eliminate model residuals, thereby providing a reliable foundational model for predicting agricultural carbon emissions.
文章引用:张海珊, 吴禹衡, 叶础, 李真. 基于GM-ARIMA耦合模型的碳排放动态预测与绿色低碳转型路径优化研究——以山东省的碳排放量为例进行预测分析[J]. 低碳经济, 2025, 14(3): 269-286. https://doi.org/10.12677/jlce.2025.143029

参考文献

[1] Jia, G.S., Shevliakova, E., Artaxo, P., et al. (2019) Land-Climate Interactions. IPCC Special Report on Climate Change and Land.
[2] 黄杰, 孙自敏. 中国种植业碳生产率的区域差异及分布动态演进[J]. 农业技术经济, 2022(7): 109-127.
[3] 杨红亮, 史丹. 能效研究方法和中国各地区能源效率的比较[J]. 经济理论与经济管理, 2008(3): 12-20.
[4] 朱舰伟, 刘卫柏, 刘金丹. 内蒙古自治区农业碳排放时序变化与影响因素研究[J]. 湖南师范大学自然科学学报, 2023, 46(1): 20-28.
[5] 田云, 李波, 张俊飚. 我国农地利用碳排放的阶段特征及因素分解研究[J]. 中国地质大学学报(社会科学版), 2011, 11(1): 59-63.
[6] 崔永福, 高策, 王俊凤, 等. 河北省县域农业碳排放空间演化及对策[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(5): 241-248, 256.
[7] 王淑佳, 孔伟, 任亮, 等. 国内耦合度模型的误区及修正[J]. 自然资源学报, 2021, 36(3): 793-810.
[8] 朱智洺, 徐婕, 李红艳, 等. “双碳”背景下能源消费碳排放效率与生态韧性耦合协调研究[J]. 资源与产业, 2024, 26(3): 21-35.
[9] IPCC (2013) Climate Change 2013: The Pyhsicle Science Basis Technical Summary.
[10] 马涛. 上海农业碳源碳汇现状评估及增加碳汇潜力分析[J]. 可持续展, 2011, 28(5): 38-41.
[11] 王宝义, 张卫国. 中国农业生态效率测定及时空差异研究[J]. 中国人口·资源与环境, 2016, 26(6): 11-19.
[12] 段华平, 张悦, 赵建波, 卞新民. 中国农田生态系统的碳足迹分析[J]. 水土保持学报, 2011, 25(5): 203-208.
[13] 李波, 张俊飚. 基于投入视角的我国农业碳排放与经济发展脱钩研究[J]. 经济经纬, 2012(4): 27-31.
[14] 赵洪亮, 陈思越, 谢立勇. 辽宁省种植业碳排放影响因素及预测分析[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2024, 32(11): 1818-1828.
[15] 谢金燕, 刘丽星, 杨欣, 等. 改进粒子群优化算法的果园割草机作业路径规划[J]. 中国农业大学学报, 2023, 28(11): 182-191.
[16] 刘振超, 苑迎春, 王克俭, 等. 融合特征权重与改进粒子群优化的特征选择算法[J]. 计算机工程与科学, 2024, 46(2): 282-291.