973项目－现代城市“病”的系统识别理论与生态调控机理

973项目－现代城市“病”的系统识别理论与生态调控机理内容摘要：

究队伍方面，以中国环境科学院为首席单位，已组织清华大学、北京大学、中国科学院、北京师范大学、武汉理工大学、华北电力大学、北京工业大学、大连理工大学、东北大学、湖南大学等城市与环境科学 研究领域的优势单位，并融合了一系列国家、教育部、中国科学院、国家环保局重点实验室（如水环境模拟与污染控制国家重点实验室、环境水质学国家重点实验室，化学品生态效应与风险评估国家重点实验室、环境保护生态工业国家重点实验室、水沙科学教育部重点实验室、硅酸盐材料工程教育部重点实验室、中国科学院系统生态学重点实验室、中国科学院环境化学与生态毒理学重点实验室等），组成了一支精悍的研究队伍，可为本项目的顺利实施提供人才保障。 工作基础优势： 本项目组的参加人员多年来一直致力于城市与环境科学以及相关领域的研究，完成了一系列国内外重大研究课题，并取得了令人瞩目的丰硕成果。 前期承担或完成相关国家级纵向研究项目超 60 项 (已完成 973 项目 10 项、 863 项目 10 项、国家科技攻关项目 29 项，以及多个国家自然科学基金委项目 )。 前期相关研究获奖逾 50 项 (国家科技进步一等奖 3项、国家科技进步二等奖 10 项 )。 课题团队中长江学者 4 人、国家杰出青年基金获得者 6 人。 课题团队在相关领域发表的论文逾 2020 篇， 其中被 SCI、 EI 收 录 800 多篇。 前期相关研究 涉及我国众多城市，如北京、深圳、昆明、广州、宁波、厦门、包头、珠海、青岛、烟台、大同、呼和浩特、沈阳、大理、武汉、郑州、济南、洛阳等。 同时，课题团队在拟选定的两个案例研究城市进行了诸多前期工作，具有良好的工作基础。 在北京，课题组成员与北京市水利局、中国水利水电规划总院、中国环境监测总站、北京环境监测站、交通局、规划局等单位有多年合作关系，可以保证数据共享。 课题单位还在北京有环境监测实验站，对污染状况有着长期的监测能力。 在深圳，中国环境科学研究院、北大、清华、中国科学院有长期的研究基 地，并与深圳市环保局、建设局、规划局、交通局及环境监测站等单位有着长期合作关系，具有良好的工作基础。 3. 项目 创新 点： 本项目将针对我国城市 “病” 问题，将城市看作一个完整的有机 “生命体 ”，全面系统地剖析其生命活动特征，从 “代谢 ”的角度阐明城市生命体各种 “疾病 ”成因，揭示其物质能量的传输、转化、循环的时空变化规律，探索 生态环境 与城市健康的动态响应和相互作用机理，从而形成完整的城市生命体辨识、评价、模拟和优化理论与方法体系。 这不仅是国际城市科学的研究的最前沿，同时也是新世纪我国城市可持续发展所迫切需要解决的 重大问题。 针对工业高度密集、产业结构复杂、资源和能源短缺、生态环境污染严重的复杂的城市系统而开展的综合性城市 “病 ”形成机理和生态调控研究，在国内外尚无先例。 因此，本研究体现了解决城市 “病 ”问题、实现城市可持续发展的国家战略需求，并具有显著的学术创新性和前瞻性。 （ 1） 提出城市生命体新概念，初步建立城市生命体理论与方法体系 提出城市生命体新概念，对城市赋予了新的生命特征与科学内涵 ： 这是 在认识论上的重大突破 ， 能为城市 “病 ”的诊断、预防机理的研究开拓新的思路和研究途径。 国际上过去未能对城市 “病 ”问题进入全方位、多 层次的深入分析，并非由于有关方法的缺失，而主要是囿于认识论上的缺陷。 本研究提出了对城市生命体先解构、后辨识、再综合的思想；同时以多学科、多理论、多技术、多方法为知识背景，对城市 “病 ”的时空分异特征进行综合分析。 通过本研究，将能够系统的阐明经济、社会、人口、能源、资源、环境六大驱动力与城市健康的动态响应关系和相互作用规律，形成完整的城市生命体理论与方法体系，实现对现代城市 “病 ”的溯源逐本，为从根本上解决现代城市 “病 ”问题提供理论基础。 采用不确定性理论与方法对城市 “病 ”进行系统研究 ： 通过一系列区间规划、随机分析、模糊数学理论、多阶段优化和多元分析等方法的组合，有效地反映了城市系统的不确定性与复杂性，从而有助于深入分析和理解城市 “病 ”的特征、成因和内在发展规律，并全面阐明城市 “病 ”的致病机理。 由此解决这个在城市的评价、规划、控制、管理过程中一直困扰城市科学研究人员的国际性难题，并完善城市科学的理论与方法体系。 解决我国城市发展中的一系列基础科学问题 ：城市能流物流循环的时空演变规律，城市生命体生态特征及其演变规律，城市健康与经济、社会、人口、能源、资源和环境六大驱动力的互动规律，城市生命体 的能源活动规律及其与大气环境和气候变化相互影响的机理，城市生命体代谢产物的循环与转化机理，城市生态工业的物质和能量代谢机理，以及城市交通、土地利用与生态环境的互动机理。 （ 2） 揭示城市 “病 ”系统特征，形成城市 “病 ” 的系统识别和生态调控理论和方法体系 在能源与大气环境研究方面 ，国际上首次建立综合性的城市生命体能源 大气模拟与优化理论与方法体系 ，并 开发我国首个城市区域能源系统规划模型 ； 在城市水循环机理研究方面 ， 开发的不确定性城市降水径流模型和一体化的城市地表地下水循环模拟模型系统均属首创。 同时， 创造性的建立多 目标、动态、不确定、非线性城市生命体水资源综合管理模型系统 ； 在城市固体废物研究方面 ，创建基于多目标多阶段随机优化的城市固体废物优化模型体系，并结合公众参与和随机反馈模拟，建立固体废物综合管理与互动决策系统 ；在城市生态特征研究方面 ，建立基于特征辨识和 系统 模拟的不确定性模糊多层次多指标绿色评价体系，并在此基础上构建城市生态综合模拟模型，最终形成一套创新性的城市生命体生态特征辨识、评价、规划及管理决策系统 ； 在城市生态工业研究方面 ，首次提出城市生态工业复合体系的概念，全面揭示园区内部、园区之间、园区与独立企业之间、 工业系统与非工业单元之间多层次的互动机理，从一个全新的高度认识工业活动在城市生命体中的总体影响和整体价值。 由此建立基于多级模糊综合评价、模糊多判据动态聚类分析和互反馈机制的城市生态工业复合体系综合评价、模拟和决策支持系统 ； 在城市 “病 ”诊断与防治综合研究方面 ，开发了一套 创新性的 双层迭代式综合优化体系 ,有机整合了六大子题的研究子成果。 同时，建立一套多功能城市生命体健康诊断综合评价与预警体系，弥补国内外目前在这一方面的空白。 此 外，开发基于多判据决策分析与智能专家知识系统的后优化体系，科学地分析整合公众与专家意见， 实现对不可定量信息的综合分析。 （ 3） 将城市 “病 ”系统识别和生态调控理论与方法体系应用于我国典型城市 研究开发的城市 “病 ” 系统识别和生态调控理论与方法体系将应用于北京和深圳两个城市。 这将是我国首次对城市 “病 ”问题进行综合、全方位的研究分析。 更具有现实意义的是，本研究的阶段成果将会为 2020 年 “绿色奥运 ”的成功举办作出应有的贡献。 （ 4） 初步形成城市科学的一个新分支，提高我国城市科学研究整体学术水平 城市生命体理论与方法的建立，能够有力地推动城市科学及相关学科的快速发展，形成城市科学的一个新分支，并极大提高 我国在城市系统识别、模拟、预测、规划、管理、过程控制等领域的科研实力。 同时还将推动城市生态、城市地理、城市规划、城市管理、交通工程、能源电力、水资源、大气科学、环境科学，以及社会、经济、人口、文化、管理等学科的发展。 次外，通过本研究还将促进城市 科学 研究平台与研究网络的建立，从而形成一支多学科交叉、老中青结合、中青年为骨干的研究队伍，从而全面提高我国解决城市问题的科研水平和实践能力。 4. 课题设置及课题间相互联系 （ 1） 课题设置 本项目设 7个课题 : 课题 1: 城市生命体能源代谢与大气污染互动机理研究 课题 2： 城市水和营养物循环机理与演变规律研究 课题 3：城市固体废物循环与转化机理研究 课题 4：城市生命体生态特征及演变机理研究 课题 5：城市生命体承载系统的健康识别 和调控 理论与方法研究 课题 6：城市生态工业复合体系理论与方法研究 课题 7：一体化城市 “病 ”诊断、预防与控制研究 课题 1: 城市生命体能源代谢与大气污染互动机理研究 主要研究内容： （ 1）城市生命体能源活动和大气污染特征辨识； （ 2）气候变化条件下的城市能源代谢和大气污染机理模拟； （ 3）不确定性多目标城市能源管理和大气质量管理体系研究； （ 4）基于能源代谢和大气质量管理过程的决策理论与方法体系。 研究目标： 基于对城市生命体能源代谢和大气污染的特征辨识，通过能源系统预测与模拟、大气环境质量模拟以及能源与大气系统优化，探索种种复杂和不确定背景下城市能源代谢、大气循环、以及能源 大气 气候互动的机理和规律，从而找到应对城市能源短缺，大气严重污染。