环境科学研究院2624.docx

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1、项目名称称：现代城市市“病”的的系统识识别理论论与生态态调控机机理首席科学学家：黄国和 中国环环境科学学研究院院起止年限限：20055.122至20010.11依托部门门：国家环境境保护总总局 教育部部 一、研究究内容过去100年，我我国城市市的高速速发展使使总体经经济实力力剧增，但但也同时时伴生许许多城市市“病”。近近年来，由由于过度度追求经经济利益益使我国国城市“病病”持续续恶化，并并反作用用于经济济发展，严严重阻碍碍了城市发发展的可可持续性性。如何何从根本本上予以以解决城城市“病病”已成成为我国国城市科科学及相相关学科科所面临临的迫切切任务。综综合而言言，本项项目中拟拟解决的的关键科科学

2、问题题包括：（1）如如此诸多多的城市市“病”问问题是如如何产生生的？这这需要从从城市系系统内在在的演变变和运行行机制以以及各组组分之间间的互动动关系进进行科学学剖析和和论证；（2）相相关的影影响因子子和互动动机理是是什么？这需要要通过对对城市系系统的复复杂性进进行特征征辨析，并并对所要要采取的的相应科科学理论论和方法法进行综综合评价价；（33）如何何从根本本上调控控解决现现存和潜潜在的问问题？这这需要对对城市系系统行为为进行准准确模拟拟，以期期对其过过程中的的复杂性性进行客客观分析析和反映映。具体体而言，本本项目将将以北京京和深圳圳为案例例城市，在在如下几几个方面面进行着着重研究究：(aa)

3、城城市系统统的复杂杂性及其其中多因因子间的的相互作作用机理理；(b) 城市市系统物物质代谢谢和能量量循环机机理；(c) 城市市代谢产产物在城城市系统统中的迁迁移转化化规律；(d) 城市市“病”的的成因机机制、诊诊断识别别与调控控机理。其中最关键的问题是如何有效地对城市物流能流循环、生态环境破坏、以及城市“病”机理进行深入透彻的研究。本研究将将在城市市生命体体概念的的基础上上，围绕绕三个关关键科学学问题，开开展三个个层面的的研究。第第一层面面将从物物流、能能流的角角度研究究城市生生命体在在能量、大大气、水水和固废废诸方面面的新陈陈代谢基基本规律律，探索索城市生生命体及及各个子子系统的的运行机机制

4、及互互动规律律，进而而剖析其其中物质质能量转转化和循循环的核核心机理理。第二二层面将将从形态态特征角角度研究究城市生生命体的的基础设设施、工工业生产产、人居居活动、生生态环境境等方面面的时空空演变规规律，进进而透析析城市生生命体的的构成、运运行、演演变及调调控机制制。第三三层面则则将在前前两个层层面的研研究基础础上，进进行系统统性的理理论整合合和方法法集成，建建立一体体化的城城市“病病”诊断断、防治治和调控控理论与与方法体体系，对对整个城城市生命命体健康康状况的的总体识识别和全全局调控控。具体体研究内内容如下下：（1）城城市生命命体能流流和物流流演化机机理与调调控研究究本研究将将综合研研究城市

5、市生命体体的能量量代谢机机制和城城市能源源系统的的运行规规律，全全方位和和多层次次地辨识识城市系系统能量量流动及及行为特特征，并并对城市市与能源源系统中中的不确确定性、能能流和物物流的互互动关系系进行模模拟、评评价和优优化。同同时引入入城市大大气域系系统的概概念，解解析和模模拟城市市大气环环境中的的能流和和物流互互动关系系，掌握握污染物物在城市市大气环环境中的的迁移转转化规律律，并通通过大气气域环境境质量模模型的建建立，定定量分析析大气污污染与能能源结构构、工业业发展、交交通运输输等子系系统之间间的相互互关系。在在此基础础上，将将城市能能源系统统与大气气环境看看作一有有机整体体，探索索复杂变变

6、化条件件下的城城市能源源活动规规律及其其与大气气环境、气气候变化化间的互互动机理理，从而而确立由由于城市市能源活活动、大大气环境境污染和和气候变变化而导导致的各各种城市市“病”的的“病原原”和“病病理”，并并由此构构建适合合我国特特点的城城市能源源代谢与与大气污污染偶合合管理系系统理论论与方法法体系，从从能量流流动和大大气循环环的角度度为有关关城市“病病”的解解决提供供科学依依据。在城市生生命体水水循环和和营养物物的流动动机理研研究方面面，本项项目将系系统辨识识城市地地表和地地下水在在自然和和人工系系统中的的流动与与传输过过程，以以及营养养物在不不同时空空条件下下的迁移移与转化化过程，以以利分

7、析析与水环环境相关关的城市市“病”的的形成机机理。在在此基础础上，通通过建立立区域气气候模型型以及一一系列地地表地下下水文环环境模型型，开发发一套集集成式的的不确定定性城市市生命体体水循环环模拟系系统。该该系统将将用于衡衡算城市市可利用用水资源源量，并并分析城城市生命命体的水水循环和和营养物物流过程程。在此此基础上上，建立立多层次次不确定定的城市市水环境境、水资资源综合合管理优优化决策策模型，实实现对与与水循环环过程相相关的城城市“病病”的综综合诊断断、防治治与调控控。在固体废废物的循循环与转转化机理理研究方方面，本本项目将将以废物物减量化化、资源源化、再再利用和和再生循循环（R）为为原则，按

8、按照辨识识-评价价-模拟拟-优化化决策的的思路，运运用环境境科学、生生命科学学、城市市科学、经经济学及及工程科科学的研研究方法法，综合合剖析和和评价我我国城市市固体废废物的代代谢过程程。通过过辨识典型型行业的的物质代代谢特点点，开展展代谢工工艺的环环境友好好性评价价，并开开发我国国城市危危险废物物的安全全管理系系统。通通过解析析代谢产产物的过过程循环环机理，探索城市固体废物资源化方法和管理运行模式，并由此建立一套全方位、多层次的有关固体废物处理与处置的综合决策系统。（2）城城市生命命体形态态特征辨辨识与调调控研究究在城市生生命体生生态特征征及演变变机理研研究方面面，本项项目将从从生命科科学的角

9、角度深入入分析城城市生命命体的内内在结构构和代谢谢机理，探探索城市市生命体体生态系系统组分分间相互互作用的的内在规规律，从从而评估估城市生生命体的的生态承承载能力力，并开开发城市市生命体体生态特特征及演演变规律律的多层层次多指指标绿色色评价体体系。由由此对城城市生态态系统的的服务功功能、健健康状态态以及稳稳定性等等一系列列生态特特征进行行全面、科科学的评评价，并并对城市市生命体体生态状状况的演演变趋势势进行模模拟预测测。在以以上评价价和模拟拟的研究究基础上上，通过过开发新新型的多多判据决决策分析析模型，建建立城市市生命体体生态特特征综合合诊断、评评价与管管理系统统。在城市生生态工业业系统的的内

10、在运运行机制制和演变变规律研研究方面面，本项项目将基基于工业业生态学学理论，提提出城市市生态工工业复合合体系的的概念。利利用城市市生命体体理论中中的“解解构-整整合”思思想，从从多个园园区间的的互动关关系研究究入手，对对整个城城市范围围内园区区与非园园区工业业之间、工工业与非非工业之之间的互互动关系系进行研研究，以以解析生生态工业业复合体体系内多多层次的的互动关关系及其其相互依依赖和制制约的机机理，在在深入辨辨识城市市工业“病病症”，建建立城市市生态工工业复合合体系综综合评价价、模拟拟与决策策的理论论与方法法体系。针对城市市生命体体承载系系统的健健康状况况问题，本本课题拟拟建立环环境导向向式的

11、综综合评价价系统，以及基于于多判据据决策分分析的城城市生命命体承载载系统健健康识别别及调控控理论。通通过环境境导向式式综合评评价系统统的建立立，对城城市生命命体承载载系统的的健康状状况进行行评估；通过不不确定性性城市载载体营运运模拟系系统的建建立，对对其中机机理进行行深入的的剖析和和探讨；通过开开发环境境导向式式城市承承载体健健康识别别与调控控系统，实现城市承载体与能源、生态和环境系统之间的良性互动。（3）城城市生命命体健康康综合诊诊断、防防治与调调控的理理论与方方法研究究本研究将将采用反反复“分分解-协调整合”的的思想，通通过对城城市生命命体这一一复杂的的系统进进行多层层次、多多阶段、多多目

12、标及及多模式式的解构构分析与与反馈调调节，集集成六大大子课题题的研究究成果以以及本课课题所开开发的多多目标多多阶段综综合优化化系统。与与此同时时，还将将利用开开发的多多功能城城市生命命体健康康诊断综综合评价价体系对对城市生生命体的的健康状状态进行行快速、准准确、整整体的把把握，对对城市各各种城市市“病”防防治方案案进行动动态评价价。在此此基础上上，还将将利用基基于多判判据决策策分析与与智能专专家知识识系统的的后优化化体系，科科学地分分析整合合公众与与专家意意见，实实现对不不可定量量信息的的综合分分析，同时该该系统还还将采纳纳计算机机仿真，GISS等技术术，实现现分析、评评价、决决策过程程和实施

13、施结果的的直观化化、可视视化，从从而最终终形成维维护城市市生命体体健康的的综合性性“医院院”系统统。此外，本本研究开开发的城城市生命命体理论论与方法法体系将将应用于于两个典典型城市市：北京京（系统统发育完完善的超超大型北北方城市市）和深深圳（新新型的迅迅速发展展的中型型南方城城市）。通通过这些些案例研研究，验验证城市市生命体体系统理理论和方方法的科科学性和和有效性性，进而而推广到到我国其其它城市市，从而而有效实实现我国国现代城城市“病病”的系系统识别别和生态态调控。二、预期期目标总体目标标:（1）初初步建立立一套城城市生命命体理论论与方法法体系。针针对因城城市发展展的不断断加快而而产生的的日益

14、严严峻的城城市“病病”问题题，本研研究将紧紧密围绕绕城市生生命体的的物流能能流代谢谢过程，系系统剖析析城市的的结构功功能、生生态环境境、能源源供需、交交通网络络、土地地利用、产产业布局局的时空空变化规规律和及及其对人人体健康康的影响响。由此此从全新新角度全全方位剖剖析城市市生命体体的能量量与物质质的传输输、转化化、循环环的基本本规律，探探索经济济、社会会、人口口、能源源、资源源、环境境六大驱驱动力与与城市生生命体健健康的互互动关系系。从而而揭示隐隐藏在城城市“病病”背后后的核心心机理，并并建立综综合全面面的、动动态的、多多层次、多多目标城城市“病病”诊断断识别与与生态调调控理论论与方法法体系。

15、（2）有有效促进进城市发发展过程程中能源源、资源源、经济济、社会会、交通通、土地地、环境境、生态态等一系系列基础础科学问问题的解解决。通通过对城城市生命命体各子子系统及及其间互互动关系系的广泛泛和深入入研究，阐明其中多方面、多层次的复杂性，进而揭示系统的内在规律。由此，塑造一个结构合理、功能高效和关系协调的复合城市生命体。该研究成果将可以辐射到许多相关领域，进而从广度和深度两方面同时促进一系列城市科学问题的研究。（3）显显著提高高我国城城市科学学的整体体研究水水平。通通过城市市生命体体理论与与方法的的建立，有有力推动动城市科科学及相相关学科科的快速速发展，同同时形成成一支专专门从事事城市科科学

16、研究究的、组组成相对对固定的的、多学学科交叉叉的、老老中青相相结合并并以优秀秀中青年年学术骨骨干为主主体的研研究队伍伍，促进进我国城城市科学学研究整整体学术术水平的的提高。具体目标标：（1）建建立一体体化城市市病诊断断、预防防与控制制研究方方法体系系。（2）揭揭示城市市生命体体能流物物流循环环的时空空演变规规律，城市生生命体生生态特征征及其演演变规律律，以及及城市生生命体健健康与经经济、社社会、人人口、能能源、资资源、环环境六大大驱动力力之间的的互动规规律。（3）剖剖析城市市生命体体的能源源活动规规律及其其与大气气环境、气气候变化化之间的的相互影影响机理理，城市生生命体代代谢产物物的循环环与转

17、化化机理，城市生生态工业业的物质质和能量量代谢机机理，以以及城市市交通、用用地与生生态环境境的互动动机理。（4）创创建城市市生命体体生态特特征及演演变规律律的多层层次多指指标绿色色评价体体系，环境导导向的生生命体承承载系统统的综合合评价指指标体系系，城市生生态工业业综合评评价体系系，以及及城市生生命体多多功能健健康诊断断与综合合评价体体系。（5）开发城市市生命体体能源系系统代谢谢、大气流域、水循循环与水水环境、固体废物循环与转化、交通用地、生态工业等一系列模拟模型（6）创创建城市市能源与与大气环环境系统统最优化化模型、城市水水资源管管理最优优化模型型、城市生生态社区区和生态态产业系系统最优优化

18、模型型、环境导导向的城城市交通通与用地地优化模模型、以以及基于于多个子子优化模模型系统统的一体体化复合合城市“病病”诊断断、防治治与生态态调控辅辅助决策策体系。(7) 开发多多功能城城市生命命体健康康实时和和中长期期动态预测测与预报报系统。（8）完完成2个典型型案例研研究：系系统发育育完善的的超大型型北方城城市北北京；南南方新型型的迅速速发展的的中型城城市-深圳。（9）培培养一批批有国际际影响的的中青年年学术带带头人；（10）培培养1000名博博士和博士后后；（11）在在国内外外核心期期刊发表表论文4400篇篇以上，其其中SCCI论文文1000篇以上上，有重重要国际际影响的的论文330篇以以上

19、，出出版专著著8部。三、研究究方案1. 总总体学术术思路：城市生命命体系统统具有动动态性、实实时性、多多目标性性、非线线性以及及不确定定性等复复杂特点点。这些些复杂性性常表现现为城市市系统中中不同层层次、不不同组分分间大量量错综复复杂的矛矛盾组合合，如线线性与非非线性、平平衡与非非平衡，连连续与离离散、无无序与有有序等。因因此，在在研究认认识城市市系统特特点的过过程中，必必然需要要正确认认识和把把握这种种多层次次的复杂杂性，才才能全面面、综合合地反映映众多子子系统及及其组分分之间的的互动关关系。然然而，过过去的研研究通常常只局限限于对整整个大系系统内部部的某个个或有限限几个子子系统进进行定量量

20、研究，或或对整个个系统的的定性研研究。相相应的研研究成果果必然也也只能表表现为对对城市“病病”问题题的定性性描述或或定量特特解，从从而难以以了解和和抓住其其内在成成因与规规律。本本研究提提出城市市生命体体的概念念，并能能够对系系统中各各组分进进行细致致的解构构分析，并并在剖析析多层次次、多组组分间互互动关系系的基础础上，对对此复杂杂系统进进行整合合研究。这这一解构构与整合合分析体体系将有有助于研研究城市市生命体体各组分分的时空空变异特特征和演演化规律律，揭示示城市健健康问题题的形成成机理，由由此求导导城市生生命体健健康问题题的通解解，并建建立一体体化的城城市“病病”诊断断、防治治与调控控系统。

21、图图1展示示了具体体的学术思思路。(1)提提出并定定义城市市生命体体概念，对对其系统统特征进进行辨识识。通过过对城市市生命体体的解构构与整合合分析，深深入剖析析各系统统组分的的特征以以及它们们之间的的复杂互互动关系系。(2)对对城市生生命体新新陈代谢谢过程的的机理进进行全方方位综合合分析：包括物物流和能能流的循循环过程程及过程程间的互互动关系系，城市市承载系系统的运运作过程程，以及及生命体体代谢产产物的传传播过程程与途径径。图1 总体学学术思路路(3) 在上述述机理研研究的基基础上，遵遵循“特特征辨识识指标标评价系统模模拟优优化决策策”的途途径，分分析各过过程对城城市生态态环境、人人类健康康、

22、社会会经济的的影响机机制，从从而对城城市“病病”进行行识别诊诊断与成成因分析析。(4) 在城市市“病”识识别与成成因分析析的基础础上，提提出一体体化的城城市“病病”诊断断、防治治与生态态调控理理论与方方法体系系，为保保障我国国城市的的可持续续发展提提供科学学依据和和技术支支持。 主要技术术路线：基于上述述系统“解解构与整整合”思思路以及及“辨识识评价价模拟拟优化化”的途途径，本本研究的的技术路路线可描描述如下下（见图图）：(1) 现代城城市生命命体系统统特征的的辨识。通通过收集集城市生生命体的的RS/GISS数据、历历史数据据以及来来自社会会调查与与公众参参与的统统计资料料，结合合种种不不确定

23、性性信息，对对城市生生命体的的时空分分异特征征和演化化规律进进行分析析。(2) 建立物物流和能能流循环环过程的的模拟模模型系统统。在系系统特征征辨识的的基础上上，对能能流循环环和水循循环（及及相关的的物流循循环）过过程及其其互动关关系机理理进行研研究。并并据此开开发能量量和水循循环过程程管理模模型系统统，建立立能量和和水循环环过程管管理理论论与方法法体系，从从而实现现相应的的城市“病病”诊断断与调控控。(3) 完成代代谢产物物循环与与转化过过程模拟拟。在系系统识别别和能流流物流循循环机理理研究的的基础上上，对城城市生命命体代谢谢产物的的输送与与转化过过程和影影响机制制进行模模拟和分分析，从从而

24、为针针对各种种城市活活动的决决策模型型提供基基础支持持，由于于建立代代谢产物物循环过过程管理理理论与与方法体体系。 (4) 对城城市承载载系统的的运行机机制和调调控机理理以及城城市生态态工业运运作机理理进行研研究。在在以上研研究的基基础上，通通过对城城市交通通、土地地利用、工工业发展展、污染染控制和和生态保保护的进进一步研研究，建建立一系系列环境境导向式式的城市市生态系系统特征征识别、城城市生态态工业综综合评价价以及城城市承载载体健康康识别的的理论与与方法。 (5) 进行行城市“病病”的成成因分析析、诊断断识别与与生态调调控机理理研究。在在前面各各子系统统研究的的基础上上，根据据自下而而上和自

25、自上而上上相结合合的反馈馈式决策策原则，建建立双层层迭代式式综合优优化体系系，实现现大系统统与子系系统的整整体协调调与优化化，并结结合多功功能城市市生命体体健康诊诊断综合合评价体体系，最最终建立立一体化化的城市市“病”诊诊断、防防治、与与调控决决策支持持系统。 (6) 将本研研究开发发的城市市生命体体系统分分析理论论与方法法应用于于两个典典型城市市北京京（系统统发育完完善的超超大型北北方城市市）和深深圳（南南方新型型的迅速速发展的的中型城城市）。虽虽然两个个城市的的特征与与功能有有异，但但它们都都在我国国改革开开放的大大潮中，在在较短的的时段内内实现了了经济腾腾飞，也也因此经经历了许许多伴随随

26、城市发发展而出出现的城城市“病病”问题题。这些些案例的的研究将将不仅可可验证所所提出的的城市“病病”诊断断、防治治与生态态调控理理论与方方法的科科学性，而而且有助助于解决决这两个个城市目目前存在在的诸多多问题，并并在将来来向我国国其它城城市推广广。2. 项项目可行行性分析析：国家重大大需求：我国的的城市化化建设正正处于快快速发展展的阶段段，由此此产生了了一系列列城市“病病”问题题,已经经对我国国的社会会经济发发展产生生了一系系列的惩惩罚性影影响，如如环境污污染对我我国城市市居民产产生的健健康危害害，不合合理用地地和交通通规划导导致的城城市功能能效率低低下，能能源与资资源紧缺缺及不合合理利用用导

27、致的的城市产产业结构构失调。它它们已成成为我国国社会经经济可持持续发展展的重要要制约因因素。对对于这些些问题，目目前我国国在相关关研究的的深度和和广度上上均大大大缺乏，使使得有关关的治理理对策和和中长期期规划均均缺乏有有效的科科学依据据。本研研究将从从深度上上对一系系列有关关的城市市“病”的的重点难难题进行行深入研研究，并并在广度度上借助助城市生生命体概概念的提提出，而而对各方方面城市市“病”问问题进行行全方位位的综合合分析。从从而为从从根本上上解决一一系列城城市“病病” 问问题提供供科学的的依据和和方法手手段。城市科学学前沿：鉴于城城市系统统本身的的高度复复杂性，如如动态性性、不确确定性、多

28、多目标性性和互动动性，传传统城市市可持续续发展的的理论与与方法不不能充分分解析繁繁多的系系统及子子系统间间复杂的的多层次次、多目目标、非非线性相相互作用用规律，更更难于利利用这些些规律来来优化系系统结构构，调节节系统关关系，提提高物质质转化和和能量利利用效率率以及改改善环境境质量。因因此，对对城市可可持续发发展的研研究必须须摆脱传传统理论论与观念念的束缚缚，建立立全新的的城市科科学理论论与方法法。国内内外在此此领域的的研究尚尚处于起起步阶段段。本研研究所提提出并将将初步建建立的多多学科交交叉融合合的城市市生命体体理论与与方法体体系，能能够从一一个全新新的角度度理解城城市环境境、经济济、政治治、

29、社会会和文化化之间的的相互作作用关系系，从而而形成城城市科学学的一个个新分支支，并有有力推动动相关学学科的发发展，如如城市生生态、城城市地理理、城市市规划、城城市管理理、交通通工程、能能源电力力、水资资源、大大气科学学、环境境科学等等等。学科与队队伍优势势：本项项目组织织了一个个涉及城城市科学学、环境境科学、交交通科学学、能源源科学、生生态学、水水文学、水水资源、地地球科学学、生物物学、经经济学、社社会学等等多学科科的研究究群体。研研究人员员可以利利用各自自的学科科背景与与专长，发发挥各自自优势，对对各专项项以及总总体研究究做出贡贡献；在在研究队队伍方面面，以中中国环境境科学院院为首席席单位，

30、已已组织清清华大学学、北京京大学、中中国科学学院、北北京师范范大学、武武汉理工工大学、华华北电力力大学、北北京工业业大学、大大连理工工大学、东东北大学学、湖南南大学等等城市与与环境科科学研究究领域的的优势单单位，并并融合了了一系列列国家、教教育部、中中国科学学院、国国家环保保局重点点实验室室（如水水环境模模拟与污污染控制制国家重重点实验验室、环环境水质质学国家家重点实实验室，化化学品生生态效应应与风险险评估国国家重点点实验室室、环境境保护生生态工业业国家重重点实验验室、水水沙科学学教育部部重点实实验室、硅硅酸盐材材料工程程教育部部重点实实验室、中中国科学学院系统统生态学学重点实实验室、中中国科

31、学学院环境境化学与与生态毒毒理学重重点实验验室等），组组成了一一支精悍悍的研究究队伍，可可为本项项目的顺顺利实施施提供人人才保障障。工作基础础优势：本项目目组的参参加人员员多年来来一直致致力于城城市与环环境科学学以及相相关领域域的研究究，完成成了一系系列国内内外重大大研究课课题，并并取得了了令人瞩瞩目的丰丰硕成果果。前期期承担或或完成相相关国家家级纵向向研究项项目超660项 (已完完成9773项目目10项项、8663项目目10项项、国家家科技攻攻关项目目29项项，以及及多个国国家自然然科学基基金委项项目)。前前期相关关研究获获奖逾550项 (国家家科技进进步一等等奖3项项、国家家科技进进步二等

32、等奖100项)。课课题团队队中长江江学者44人、国国家杰出出青年基基金获得得者6人人。课题题团队在在相关领领域发表表的论文文逾20000篇篇， 其其中被SSCI、EEI收录录8000多篇。前前期相关关研究涉涉及我国国众多城城市，如如北京、深深圳、昆昆明、广广州、宁宁波、厦厦门、包包头、珠珠海、青青岛、烟烟台、大大同、呼呼和浩特特、沈阳阳、大理理、武汉汉、郑州州、济南南、洛阳阳等。同同时，课课题团队队在拟选选定的两两个案例例研究城城市进行行了诸多多前期工工作，具具有良好好的工作作基础。在在北京，课课题组成成员与北北京市水水利局、中中国水利利水电规规划总院院、中国国环境监监测总站站、北京京环境监监

33、测站、交交通局、规规划局等等单位有有多年合合作关系系，可以以保证数数据共享享。课题题单位还还在北京京有环境境监测实实验站，对对污染状状况有着着长期的的监测能能力。在在深圳，中中国环境境科学研研究院、北北大、清清华、中中国科学学院有长长期的研研究基地地，并与与深圳市市环保局局、建设设局、规规划局、交交通局及及环境监监测站等等单位有有着长期期合作关关系，具具有良好好的工作作基础。3. 项项目创新新点：本项目将将针对我我国城市市“病”问题，将将城市看看作一个个完整的的有机“生生命体”，全全面系统统地剖析析其生命命活动特特征，从从“代谢谢”的角角度阐明明城市生生命体各各种“疾疾病”成成因，揭揭示其物物

34、质能量量的传输输、转化化、循环环的时空空变化规规律，探探索生态态环境与与城市健健康的动动态响应应和相互互作用机机理，从从而形成成完整的的城市生生命体辨辨识、评评价、模模拟和优优化理论论与方法法体系。这这不仅是是国际城城市科学学的研究究的最前前沿，同同时也是是新世纪纪我国城城市可持持续发展展所迫切切需要解解决的重重大问题题。针对对工业高高度密集集、产业业结构复复杂、资资源和能能源短缺缺、生态态环境污污染严重重的复杂杂的城市市系统而而开展的的综合性性城市“病病”形成成机理和和生态调调控研究究，在国国内外尚尚无先例例。因此此，本研研究体现现了解决决城市“病病”问题题、实现现城市可可持续发发展的国国家

35、战略略需求，并并具有显显著的学学术创新新性和前前瞻性。（1）提提出城市市生命体体新概念念，初步步建立城城市生命命体理论论与方法法体系提出城市市生命体体新概念念，对城城市赋予予了新的的生命特特征与科科学内涵涵：这是在认认识论上上的重大大突破，能为城城市“病病”的诊诊断、预预防机理理的研究究开拓新新的思路路和研究究途径。国国际上过过去未能能对城市市“病”问问题进入入全方位位、多层层次的深深入分析析，并非非由于有有关方法法的缺失失，而主主要是囿囿于认识识论上的的缺陷。本本研究提提出了对对城市生生命体先先解构、后后辨识、再再综合的的思想；同时以以多学科科、多理理论、多多技术、多多方法为为知识背背景，对

36、对城市“病病”的时时空分异异特征进进行综合合分析。通通过本研研究，将将能够系系统的阐阐明经济济、社会会、人口口、能源源、资源源、环境境六大驱驱动力与与城市健健康的动动态响应应关系和和相互作作用规律律，形成成完整的的城市生生命体理理论与方方法体系系，实现现对现代代城市“病病”的溯溯源逐本本，为从从根本上上解决现现代城市市“病”问问题提供供理论基基础。采用不确确定性理理论与方方法对城城市“病病”进行行系统研研究：通过一一系列区区间规划划、随机机分析、模模糊数学学理论、多多阶段优优化和多多元分析析等方法法的组合合，有效效地反映映了城市市系统的的不确定定性与复复杂性，从从而有助助于深入入分析和和理解城

37、城市“病病”的特特征、成成因和内内在发展展规律，并并全面阐阐明城市市“病”的的致病机机理。由由此解决决这个在在城市的的评价、规规划、控控制、管管理过程程中一直直困扰城城市科学学研究人人员的国国际性难难题，并并完善城城市科学学的理论论与方法法体系。解决我国国城市发发展中的的一系列列基础科科学问题题：城市市能流物物流循环环的时空空演变规规律，城城市生命命体生态态特征及及其演变变规律，城城市健康康与经济济、社会会、人口口、能源源、资源源和环境境六大驱驱动力的的互动规规律，城城市生命命体的能能源活动动规律及及其与大大气环境境和气候候变化相相互影响响的机理理，城市市生命体体代谢产产物的循循环与转转化机理

38、理，城市市生态工工业的物物质和能能量代谢谢机理，以以及城市市交通、土土地利用用与生态态环境的的互动机机理。（2）揭揭示城市市“病”系系统特征征，形成成城市“病病” 的的系统识识别和生生态调控控理论和和方法体体系在能源与与大气环环境研究究方面，国国际上首首次建立立综合性性的城市市生命体体能源-大气模模拟与优优化理论论与方法法体系，并并开发我我国首个个城市区区域能源源系统规规划模型型；在城市市水循环环机理研研究方面面，开发的的不确定定性城市市降水径径流模型型和一体体化的城城市地表表地下水水循环模模拟模型型系统均均属首创创。同时时，创造造性的建建立多目目标、动动态、不不确定、非非线性城城市生命命体水

39、资资源综合合管理模模型系统统；在城市市固体废废物研究究方面，创创建基于于多目标标多阶段段随机优优化的城城市固体体废物优优化模型型体系，并并结合公公众参与与和随机机反馈模模拟，建建立固体体废物综综合管理理与互动动决策系系统；在城市市生态特特征研究究方面，建建立基于于特征辨辨识和系系统模拟拟的不确确定性模模糊多层层次多指指标绿色色评价体体系，并并在此基基础上构构建城市市生态综综合模拟拟模型，最最终形成成一套创创新性的的城市生生命体生生态特征征辨识、评评价、规规划及管管理决策策系统；在城市市生态工工业研究究方面，首首次提出出城市生生态工业业复合体体系的概概念，全全面揭示示园区内内部、园园区之间间、园

40、区区与独立立企业之之间、工工业系统统与非工工业单元元之间多多层次的的互动机机理，从从一个全全新的高高度认识识工业活活动在城城市生命命体中的的总体影影响和整整体价值值。由此此建立基基于多级级模糊综综合评价价、模糊糊多判据据动态聚聚类分析析和互反反馈机制制的城市市生态工工业复合合体系综综合评价价、模拟拟和决策策支持系系统；在城市市“病”诊诊断与防防治综合合研究方方面，开开发了一一套创新新性的双双层迭代代式综合合优化体体系,有有机整合合了六大大子题的的研究子子成果。同同时，建建立一套套多功能能城市生生命体健健康诊断断综合评评价与预预警体系系，弥补补国内外外目前在在这一方方面的空空白。此此外，开开发基

41、于于多判据据决策分分析与智智能专家家知识系系统的后后优化体体系，科科学地分分析整合合公众与与专家意意见，实实现对不不可定量量信息的的综合分分析。（3）将将城市“病病”系统统识别和和生态调调控理论论与方法法体系应应用于我我国典型型城市研究开发发的城市市“病” 系统识识别和生生态调控控理论与与方法体体系将应应用于北北京和深深圳两个个城市。这这将是我我国首次次对城市市“病”问问题进行行综合、全全方位的的研究分分析。更更具有现现实意义义的是，本本研究的的阶段成成果将会会为20008年年“绿色色奥运”的成功举办作出应有的贡献。（4）初初步形成成城市科科学的一一个新分分支，提提高我国国城市科科学研究究整体

42、学学术水平平城市生命命体理论论与方法法的建立立，能够够有力地地推动城城市科学学及相关关学科的的快速发发展，形形成城市市科学的的一个新新分支，并并极大提提高我国国在城市市系统识识别、模模拟、预预测、规规划、管管理、过过程控制制等领域域的科研研实力。同同时还将将推动城城市生态态、城市市地理、城城市规划划、城市市管理、交交通工程程、能源源电力、水水资源、大大气科学学、环境境科学，以以及社会会、经济济、人口口、文化化、管理理等学科科的发展展。次外外，通过过本研究究还将促促进城市市科学研究究平台与与研究网网络的建建立，从从而形成成一支多多学科交交叉、老老中青结结合、中中青年为为骨干的的研究队队伍，从从而

43、全面面提高我我国解决决城市问问题的科科研水平平和实践践能力。4. 课课题设置置及课题题间相互互联系（1）课课题设置置本项目设设7个课题题:课题1: 城市市生命体体能源代代谢与大大气污染染互动机机理研究究课题2：城市水水和营养养物循环环机理与与演变规规律研究究课题3：城市固固体废物物循环与与转化机机理研究究课题4：城市生生命体生生态特征征及演变变机理研研究课题5：城市生生命体承承载系统统的健康康识别和和调控理理论与方方法研究究课题6：城市生生态工业业复合体体系理论论与方法法研究课题7：一体化化城市“病病”诊断断、预防防与控制制研究课题1: 城市市生命体体能源代代谢与大大气污染染互动机机理研究究主

44、要研究究内容：（1）城城市生命命体能源源活动和和大气污污染特征征辨识；（2）气气候变化化条件下下的城市市能源代代谢和大大气污染染机理模模拟；（3）不不确定性性多目标标城市能能源管理理和大气气质量管管理体系系研究；（4）基基于能源源代谢和和大气质质量管理理过程的的决策理理论与方方法体系系。研究目标标：基于于对城市市生命体体能源代代谢和大大气污染染的特征征辨识，通通过能源源系统预预测与模模拟、大大气环境境质量模模拟以及及能源与与大气系系统优化化，探索索种种复复杂和不不确定背背景下城城市能源源代谢、大大气循环环、以及及能源-大气-气候互互动的机机理和规规律，从从而找到到应对城城市能源源短缺，大大气严

45、重重污染，气气候变化化加剧等等城市“病病”的途途径。研研究重点点在于开开发创新新性的不不确定性性能源系系统模型型、大气气流域模模型以及及耦合式式的区域域能源-大气系系统管理理模型体体系。课题负责责人：程水源源（北京京工业大大学）、刘刘磊（华华北电力力大学）主要学术术骨干：陈冰、林林千果、聂聂向晖、刘中良良、康天天放经费比例例：17%课题2：城市水水和营养养物循环环机理与与演变规规律研究究主要研究究内容： （1）不不确定性性城市降降水径流流过程机机理研究究；（2）不不确定性性多相、多多组分、三三维地下下水模型型；（3）综综合性地地表地下下污染物物传输过过程机理理研究；（4）不不确定性性多层次次水

46、资源源管理理理论与方方法。研究目标标：揭示示城市生生命体物物流和营营养流循循环机理理，建立立我国首首个不确确定性分分布式城城市降水水径流模模型和创创新性的的多相、多多组分、三三维地下下水污染染传输过过程模型型。通过过子模型型研究，建建立高度度综合的的、不确确定性地地表地下下传质模模拟模型型体系，实实现整个个水系统统循环过过程的量量化。在在此基础础上，建建立新型型的多目目标、动动态、不不确定、非非线性水水资源管管理决策策模型，为为城市生生命体中中与物流流和营养养流相关关的“疾疾病”防防治和调调控提供供理论与与方法支支持。课题负责责人：黄跃飞飞（清华华大学）、沈沈永明（大大连理工工大学）主要学术术

47、骨干：韩文亮亮、魏加华华、付旭旭东、郑郑永红经费比例例：13%课题3：城市固固体废物物循环与与转化机机理研究究主要研究究内容：（1）城城市固体体废物循循环与转转化机理理辨识；（2）危危险废物物的不确确定性风风险评价价与安全全管理研研究；（3）固固体废物物循环与与转化过过程的随随机模糊糊动力学学模拟；（4）城城市固体体废物综综合管理理多目标标、多阶阶段随机机优化与与互动决决策方法法体系。研究目标标：阐明明固体废废物流动动规律及及循环与与转化机机理，建建立我国国危险废废物的不不确定性性评价理理论与方方法，从从而指导导建立我我国重点点危险废废物的环环境安全全基准以以及优先先控制的的危险废废物名录录。

48、开发发新型的的多层次次、多部部门固体体废物循循环与转转化过程程的随机机模糊动动力学模模拟体系系，以预预测不同同固体废废物管理理模式和和各种废废物资源源化技术术组合的的社会、经经济、环环境影响响，进而而开发基基于多目目标多阶阶段随机机优化的的城市固固体废物物综合管管理与互互动决策策系统，并并结合公公众参与与和随机机反馈模模拟，将将城市固固体废物物管理的的整体优优化方案案和健康康目标落落实到系系统内的的各个层层次和各各个环节节。课题负责责人：席北斗斗（中国国环境科科学研究究院）、曾曾光明（湖湖南大学学）主要学术术骨干：魏自民民、袁兴兴中、何何理、蔡蔡木林经费比例例：13%课题4：城市生生命体生生态特征征及演变变机理研研究主要研究究内容：（1）基基于特征征辨识和和模拟的的不确定定模糊多多层次绿绿色评价价体系（IIFMGGES）；（2）基基于IFFMGEES的城城市生态态综合模模拟模型型；（3）基基于生态态技术组组合的多多情景多多判据互互动式评评价分析析体系；（4）城城市生命命体生态态特征辨辨识、评评价、规规划及管管理综合合决策系系统。研究