课题1: 城市生命体能源代谢与大气污染互动机理研究

本研究是国家973重大基础研究项目“现代城市“病”的系统识别理论与生态调控机理”中的第一课题（2005CB724201）——城市生命体能源代谢与大气污染互动机理研究，主要研究内容包括以下四个部分。

（1）城市生命体能源活动和大气污染特征辨识
通过收集城市生命体的RS/GIS数据，结合各种不确定性信息，研究城市能源－大气系统中各子系统的时空分异特征信息、历史演化进程以及内在的竞争与共存机制。针对城市能源活动的复杂性及其与经济、社会、环境、气候变化的相互影响，在时间尺度上，研究能源代谢与大气污染物排放的互动关系，并分析城市生命体的能源代谢和大气质量的演化进程，判断其发展趋势；在空间尺度上，系统分析城市能源活动和大气污染的空间分布特征，以及定量表征各种能源供应，转化和使用技术的性能、效率、成熟度及其环境影响；从机理上，探讨能源结构与经济发展、交通运输，工业布局、大气质量和气候变化的内在联系，并建立它们之间的响应关系。

（2）气候变化条件下的城市能源代谢和大气污染机理模拟
本研究将研究城市大气污染物的动态变化与全球气候变化的响应关系，揭示城市生命体中典型污染物的时空演变规律。在环境、气象、能源、地理、卫星遥感等信息收集和处理以及必要的环境现状观测基础上，建立不确定性大气流域模拟模型，对能源代谢系统产生的代谢终产物在大气环境三维网格中的浓度进行数值模拟和预测分析，研究确定城市大气环境容量，分析其大气环境生态承载能力。与此同时，在对能源系统代谢机理进行辩识和模拟的基础上，通过耦合大气流域模拟模型，探讨能源代谢系统与大气环境质量的互动关系及其对气候变化的影响情况。

（3）不确定性多目标城市能源和大气质量管理系统研究
本项目将研究当前我国城市能源的管理方式、特点，及正在使用的各种能源开采、运输、加工、转换和使用技术，并探索各种新型管理方式（如对可再生能源的立法管理、电力系统的改革和循环经济的倡导等）及潜在新技术对我国城市能源代谢活动的影响。
同时，在大气流域模拟和能源系统研究的基础上，本研究将影响大气环境质量的主要部分，即能源代谢系统、交通与用地系统、物流与营养物循环系统等多个子系统和大气流域模拟模型耦合，建立不确定性的城市区域能源大气环境质量管理模型体系，以反映不同城市子区、交通方式、机动车类型、能源技术与能源形式与大气环境质量的互动关系；并在其基础上综合本项目其它课题的研究成果进一步探索对城市生命体活动行为进行调控的途径，例如能源结构的调整、能源管理的更新、能源使用方式和技术手段的优化配置、固废的能量回收、绿色智能交通的发展、土地利用的优化、生态工业的合理布局、城市屋顶的绿化以及建筑新材料的使用等，定量评估这些调控途径对城市能源短缺、大气污染、沙尘暴肆虐和气候变化等一系列问题的影响和功效。

（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
通过集成城市能源管理机制、区域气候变化规律、人口能源响应模式与城市不确定能源大气流域模型和可再生能源转换机理研究，建立一套基于能源代谢过程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，气候变化加剧等城市“病”的途径。研究重点在于开发创新性的不确定性能源系统模型、大气流域模型以及耦合式的区域能源-大气系统管理模型体系。

课题负责人： 程水源（北京工业大学）、刘磊（华北电力大学）
主要学术骨干： 陈冰、林千果、聂向晖、刘中良、康天放
经费比例： 17%