【儀表網 研發快訊】城市物質代謝(Urban Metabolism, UM)的精準監測對于通過循環經濟策略減輕環境影響至關重要。然而，依賴統計年鑒的傳統“自上而下”方法存在數據滯后嚴重、空間細節缺失等局限，難以捕捉快速城市化過程中的精細代謝動態。針對上述挑戰，中國科學院城市環境研究所陳偉強團隊結合多源衛星遙感數據，構建了一個“自下而上”、空間顯式的物質代謝模型以精準追蹤城市建筑的代謝過程及其背后的隱含碳平衡動態(隱含排放與水泥碳匯)。
研究團隊基于多源遙感數據整合了多種機器學習模型成功精準識別了城市建筑的足跡、高度、類型等屬性，通過長時間序列遙感數據與時間分割算法識別了建筑的建造與拆除過程，成功恢復了廈門市過去30年的城市三維建筑動態變化過程。通過耦合物質流分析模型、生命周期評估和水泥碳化動力學模型，成功追蹤了廈門市1990-2020年的城市物質代謝與隱含碳動態。
本研究打開了城市建筑物質代謝在時間、空間上的“黑箱”，在傳統建筑隱含碳排放評估框架的基礎上補充了由物質代謝所驅動的碳化過程(碳匯)評估，同時突破了城市代謝研究中長期存在的數據獲取瓶頸，建立了一套可推廣、高精度的衛星遙感監測路徑。研究闡明了城市化進程中物質流動的時空演變過程、揭示其背后的時空代謝規律，證實了利用遙感技術全面、精準開展“城市礦產勘探”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，為制定精細化的城市循環經濟政策、建筑廢棄物資源化管理及“凈零”排放路徑提供了堅實的科學依據。
研究成果以“A Satellite-Driven Model for Monitoring Urban Material Metabolism, Embodied Emissions, and Carbonation”為題發表在在環境科學領域旗艦期刊Environmental Science & Technology上。中國科學院城市環境研究所博士生聶宇為論文第一作者，中國科學院城市環境研究所劉宇鵬副研究員與陳偉強研究員為共同通訊作者，作者團隊還包括中國科學院城市環境研究所博士生毛婷、陳穎環和碩士生劉盈紫薇。本研究得到了國家重點研發計劃(2024YFE0208700)、國家科技重大專項(2025ZD1204201)、國家自然科學基金(42271298)、中國科學院城市環境研究所“揭榜掛帥”項目(IUE-JBGS-202201)以及中國科學院青年創新促進會(2022307)的資助。
圖1 模型框架
(文：城市資源環境大數據與人工智能創新團隊；圖：城市資源環境大數據與人工智能創新團隊)
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