
發(fā)布時(shí)間:2025-12-05來源:城市資源環(huán)境大數(shù)據(jù)與人工智能創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)
城市物質(zhì)代謝(Urban Metabolism, UM)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)對(duì)于通過循環(huán)經(jīng)濟(jì)策略減輕環(huán)境影響至關(guān)重要。然而,依賴統(tǒng)計(jì)年鑒的傳統(tǒng)“自上而下”方法存在數(shù)據(jù)滯后嚴(yán)重、空間細(xì)節(jié)缺失等局限,難以捕捉快速城市化過程中的精細(xì)代謝動(dòng)態(tài)。針對(duì)上述挑戰(zhàn),中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所陳偉強(qiáng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),構(gòu)建了一個(gè)“自下而上”、空間顯式的物質(zhì)代謝模型以精準(zhǔn)追蹤城市建筑的代謝過程及其背后的隱含碳平衡動(dòng)態(tài)(隱含排放與水泥碳匯)。
研究團(tuán)隊(duì)基于多源遙感數(shù)據(jù)整合了多種機(jī)器學(xué)習(xí)模型成功精準(zhǔn)識(shí)別了城市建筑的足跡、高度、類型等屬性,通過長(zhǎng)時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)與時(shí)間分割算法識(shí)別了建筑的建造與拆除過程,成功恢復(fù)了廈門市過去30年的城市三維建筑動(dòng)態(tài)變化過程。通過耦合物質(zhì)流分析模型、生命周期評(píng)估和水泥碳化動(dòng)力學(xué)模型,成功追蹤了廈門市1990-2020年的城市物質(zhì)代謝與隱含碳動(dòng)態(tài)。
本研究打開了城市建筑物質(zhì)代謝在時(shí)間、空間上的“黑箱”,在傳統(tǒng)建筑隱含碳排放評(píng)估框架的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了由物質(zhì)代謝所驅(qū)動(dòng)的碳化過程(碳匯)評(píng)估,同時(shí)突破了城市代謝研究中長(zhǎng)期存在的數(shù)據(jù)獲取瓶頸,建立了一套可推廣、高精度的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)路徑。研究闡明了城市化進(jìn)程中物質(zhì)流動(dòng)的時(shí)空演變過程、揭示其背后的時(shí)空代謝規(guī)律,證實(shí)了利用遙感技術(shù)全面、精準(zhǔn)開展“城市礦產(chǎn)勘探”的可行性。本研究通過量化建筑全生命周期背后的隱含碳平衡過程,為制定精細(xì)化的城市循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策、建筑廢棄物資源化管理及“凈零”排放路徑提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。
研究成果以“A Satellite-Driven Model for Monitoring Urban Material Metabolism, Embodied Emissions, and Carbonation”為題發(fā)表在在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊Environmental Science & Technology上。中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所博士生聶宇為論文第一作者,中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所劉宇鵬副研究員與陳偉強(qiáng)研究員為共同通訊作者,作者團(tuán)隊(duì)還包括中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所博士生毛婷、陳穎環(huán)和碩士生劉盈紫薇。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2024YFE0208700)、國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2025ZD1204201)、國(guó)家自然科學(xué)基金(42271298)、中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所“揭榜掛帥”項(xiàng)目(IUE-JBGS-202201)以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)(2022307)的資助。

圖1 模型框架
(文:城市資源環(huán)境大數(shù)據(jù)與人工智能創(chuàng)新團(tuán)隊(duì);圖:城市資源環(huán)境大數(shù)據(jù)與人工智能創(chuàng)新團(tuán)隊(duì))
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