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城市代謝:理論、方法及應用 版權信息
- ISBN：9787030670984
- 條形碼：9787030670984 ; 978-7-03-067098-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
城市代謝:理論、方法及應用 本書特色
適讀人群 ：高等院校和科研院所城市生態、城市規劃和環境生態等領域的教學和研究人員，環境、地理、生態、城市規劃、城市管理等相關專業研究生和本科生，城市規劃者、管理者、生態保護者本書可供高等院校和科研院所城市生態、城市規劃和環境生態等領域的教學和研究人員閱讀，可作為環境、地理、生態、城市規劃、城市管理等相關專業研究生和本科生的教學參考書。
城市代謝:理論、方法及應用 內容簡介
隨著城市化進程的加快和人民生活水平的提高，資源消耗和污染排放不斷加劇，而由于社會經濟發展水平的認識，還未構建起完備的資源減量、廢棄物循環的技術體系，引發嚴重的城市生態環境問題，引起了學術界、政府部門和城市管理者的廣泛關注。本書作為城市代謝領域的專著，在反映國內外相關領域研究進展和學術思想的基礎上，深入探索和創新，突出城市代謝理念、理論與方法的優選性，強調其在城市規劃、設計與管理方面的實用性，并突出城市研究的系統性和應用性。全書共11章，分別論述了城市代謝內涵、研究進展、研究框架、核算評價、模型模擬、優化調控、多要素應用案例等內容。
城市代謝:理論、方法及應用 目錄
目錄
前言
理論篇
第1章 城市代謝內涵 3
1.1 城市代謝概念 3
1.1.1 城市生命體 3
1.1.2 概念演化 7
1.1.3 概念隱喻 8
1.2 城市代謝過程 9
1.2.1 城市代謝過程解析 9
1.2.2 城市代謝主體劃分 12
1.3 城市代謝特征 16
1.3.1 生長發育和遺傳變異 16
1.3.2 開放性和依賴性 18
1.3.3 穩定性和穩健性 18
參考文獻 19
第2章 城市代謝研究進展 21
2.1 城市代謝的研究意義 21
2.1.1 可行性 21
2.1.2 必要性 22
2.1.3 緊迫性 23
2.2 CiteSpace知識圖譜分析 24
2.2.1 基本情況分析 24
2.2.2 研究前沿分析 29
2.2.3 研究基礎分析 36
2.3 城市代謝研究的發展歷程 40
2.3.1 起步期（1965～1980年） 40
2.3.2 衰落期（1981～2000年） 41
2.3.3 興起期（2001年至今） 43
2.4 城市代謝研究的尺度與邊界 47
2.4.1 多維尺度 47
2.4.2 多重邊界 49
參考文獻 50
第3章 城市代謝研究框架 58
3.1 復合生態系統理論 58
3.1.1 子系統構成 58
3.1.2 結構與功能 60
3.2 生態熱力學理論 62
3.2.1 活力代謝 62
3.2.2 熵變演化 63
3.3 系統生態學理論 64
3.3.1 整體論與還原論融合 64
3.3.2 基于系統生態學的城市代謝研究 65
3.4 研究范式與技術框架 67
3.4.1 研究范式 67
3.4.2 技術框架 70
參考文獻 71
方法篇
第4章 城市代謝的核算評價 75
4.1 核算方法 75
4.1.1 物質流分析 75
4.1.2 元素流分析 81
4.1.3 能值分析 85
4.2 評價方法 87
4.2.1 演化測度 87
4.2.2 互動測度 91
4.2.3 能值評價 94
參考文獻 96
第5章 城市代謝模型模擬 98
5.1 基于物質能量代謝的網絡模型 98
5.1.1 要素代謝網絡模型 98
5.1.2 物質代謝網絡模型 106
5.1.3 代謝空間網絡模型 110
5.2 基于投入產出表的網絡模型 115
5.2.1 實物型投入產出表編制 115
5.2.2 物質代謝網絡模型 117
5.2.3 能量代謝網絡模型 119
5.3 網絡特征模擬 121
5.3.1 網絡結構模擬 121
5.3.2 網絡功能模擬 123
5.3.3 網絡路徑模擬 128
參考文獻 131
第6章 城市代謝優化調控 133
6.1 因素分解分析 133
6.1.1 碳代謝因素分解 133
6.1.2 氮代謝因素分解 137
6.1.3 物質代謝因素分解 138
6.2 相關性分析 139
6.2.1 脫鉤分析 139
6.2.2 重心分析 142
6.3 系統動力學仿真分析 143
6.3.1 產業結構優化 143
6.3.2 人地承載力優化 146
參考文獻 147
應 用 篇
第7章 物質代謝過程分析 151
7.1 流量視角下北京城市重量分析 151
7.1.1 城市重量及其結構分析 152
7.1.2 代謝主體貢獻的解析 156
7.1.3 城市重量影響因素識別 158
7.1.4 討論與結論 160
7.2 存量視角下北京城市重量分析 162
7.2.1 城市重量及其結構分析 163
7.2.2 子類結構與項目分析 165
7.2.3 存量影響因素分析 170
7.2.4 討論與結論 173
7.3 北京物質代謝關鍵主體識別 176
7.3.1 關聯性分析 177
7.3.2 優劣勢分析 180
7.3.3 討論與結論 181
參考文獻 182
第8章 能量代謝過程分析 185
8.1 能源代謝過程分析 185
8.1.1 不同精度城市能源代謝網絡的特征分析 186
8.1.2 中國能源供需重心轉移及空間格局分析 195
8.1.3 討論與結論 200
8.2 城市能值代謝網絡特征分析 203
8.2.1 代謝核算評價 204
8.2.2 代謝路徑 207
8.2.3 代謝關系 209
8.2.4 討論與結論 211
8.3 京津冀隱含能代謝網絡分析 212
8.3.1 流量分析 213
8.3.2 關系分析 218
8.3.3 討論與結論 221
參考文獻 223
第9章 碳代謝過程分析 225
9.1 北京碳代謝主體識別 225
9.1.1 北京碳代謝總量及其結構變化 226
9.1.2 碳失衡指數貢獻主體識別 227
9.1.3 外部依賴性貢獻主體識別 229
9.1.4 討論與結論 230
9.2 京津冀碳代謝空間梯度分析 233
9.2.1 碳代謝吞吐量核算及其空間分布 234
9.2.2 土地利用/覆蓋變化對梯度分布的影響 239
9.2.3 討論與結論 242
9.3 北京碳代謝空間網絡分析 244
9.3.1 綜合流量及其空間格局 245
9.3.2 生態關系及其空間格局 249
9.3.3 討論與結論 251
9.4 中美貿易碳代謝路徑分析 252
9.4.1 中美貿易碳轉移量及其結構分布 253
9.4.2 中美初級產品進口產業關聯分析 256
9.4.3 中美初級產品出口產業關聯分析 258
9.4.4 基于貿易的碳減排指標調整建議 260
9.4.5 討論與結論 262
參考文獻 264
第10章 城市氮代謝過程分析 267
10.1 北京氮代謝過程核算及影響因素識別 267
10.1.1 活化氮輸入總量及其結構特征 267
10.1.2 人為活化氮消耗的影響因素分析 272
10.1.3 討論與結論 278
10.2 北京氮代謝網絡分析 282
10.2.1 氮代謝網絡流量分析 284
10.2.2 氮代謝生態關系分析 292
10.2.3 流量-效用層階結構 296
10.2.4 討論與結論 300
參考文獻 304
第11章 園區代謝過程分析 307
11.1 園區共生代謝過程分析 307
11.1.1 共生代謝網絡的形態分析 308
11.1.2 核心-邊緣結構分析 311
11.1.3 連通性分析 313
11.1.4 討論與結論 316
11.2 園區硫代謝過程分析 317
11.2.1 硫代謝網絡模型構建 318
11.2.2 結構特征分析 321
11.2.3 功能特征分析 324
11.2.4 討論與結論 329
參考文獻 331
前言
理論篇
第1章 城市代謝內涵 3
1.1 城市代謝概念 3
1.1.1 城市生命體 3
1.1.2 概念演化 7
1.1.3 概念隱喻 8
1.2 城市代謝過程 9
1.2.1 城市代謝過程解析 9
1.2.2 城市代謝主體劃分 12
1.3 城市代謝特征 16
1.3.1 生長發育和遺傳變異 16
1.3.2 開放性和依賴性 18
1.3.3 穩定性和穩健性 18
參考文獻 19
第2章 城市代謝研究進展 21
2.1 城市代謝的研究意義 21
2.1.1 可行性 21
2.1.2 必要性 22
2.1.3 緊迫性 23
2.2 CiteSpace知識圖譜分析 24
2.2.1 基本情況分析 24
2.2.2 研究前沿分析 29
2.2.3 研究基礎分析 36
2.3 城市代謝研究的發展歷程 40
2.3.1 起步期（1965～1980年） 40
2.3.2 衰落期（1981～2000年） 41
2.3.3 興起期（2001年至今） 43
2.4 城市代謝研究的尺度與邊界 47
2.4.1 多維尺度 47
2.4.2 多重邊界 49
參考文獻 50
第3章 城市代謝研究框架 58
3.1 復合生態系統理論 58
3.1.1 子系統構成 58
3.1.2 結構與功能 60
3.2 生態熱力學理論 62
3.2.1 活力代謝 62
3.2.2 熵變演化 63
3.3 系統生態學理論 64
3.3.1 整體論與還原論融合 64
3.3.2 基于系統生態學的城市代謝研究 65
3.4 研究范式與技術框架 67
3.4.1 研究范式 67
3.4.2 技術框架 70
參考文獻 71
方法篇
第4章 城市代謝的核算評價 75
4.1 核算方法 75
4.1.1 物質流分析 75
4.1.2 元素流分析 81
4.1.3 能值分析 85
4.2 評價方法 87
4.2.1 演化測度 87
4.2.2 互動測度 91
4.2.3 能值評價 94
參考文獻 96
第5章 城市代謝模型模擬 98
5.1 基于物質能量代謝的網絡模型 98
5.1.1 要素代謝網絡模型 98
5.1.2 物質代謝網絡模型 106
5.1.3 代謝空間網絡模型 110
5.2 基于投入產出表的網絡模型 115
5.2.1 實物型投入產出表編制 115
5.2.2 物質代謝網絡模型 117
5.2.3 能量代謝網絡模型 119
5.3 網絡特征模擬 121
5.3.1 網絡結構模擬 121
5.3.2 網絡功能模擬 123
5.3.3 網絡路徑模擬 128
參考文獻 131
第6章 城市代謝優化調控 133
6.1 因素分解分析 133
6.1.1 碳代謝因素分解 133
6.1.2 氮代謝因素分解 137
6.1.3 物質代謝因素分解 138
6.2 相關性分析 139
6.2.1 脫鉤分析 139
6.2.2 重心分析 142
6.3 系統動力學仿真分析 143
6.3.1 產業結構優化 143
6.3.2 人地承載力優化 146
參考文獻 147
應 用 篇
第7章 物質代謝過程分析 151
7.1 流量視角下北京城市重量分析 151
7.1.1 城市重量及其結構分析 152
7.1.2 代謝主體貢獻的解析 156
7.1.3 城市重量影響因素識別 158
7.1.4 討論與結論 160
7.2 存量視角下北京城市重量分析 162
7.2.1 城市重量及其結構分析 163
7.2.2 子類結構與項目分析 165
7.2.3 存量影響因素分析 170
7.2.4 討論與結論 173
7.3 北京物質代謝關鍵主體識別 176
7.3.1 關聯性分析 177
7.3.2 優劣勢分析 180
7.3.3 討論與結論 181
參考文獻 182
第8章 能量代謝過程分析 185
8.1 能源代謝過程分析 185
8.1.1 不同精度城市能源代謝網絡的特征分析 186
8.1.2 中國能源供需重心轉移及空間格局分析 195
8.1.3 討論與結論 200
8.2 城市能值代謝網絡特征分析 203
8.2.1 代謝核算評價 204
8.2.2 代謝路徑 207
8.2.3 代謝關系 209
8.2.4 討論與結論 211
8.3 京津冀隱含能代謝網絡分析 212
8.3.1 流量分析 213
8.3.2 關系分析 218
8.3.3 討論與結論 221
參考文獻 223
第9章 碳代謝過程分析 225
9.1 北京碳代謝主體識別 225
9.1.1 北京碳代謝總量及其結構變化 226
9.1.2 碳失衡指數貢獻主體識別 227
9.1.3 外部依賴性貢獻主體識別 229
9.1.4 討論與結論 230
9.2 京津冀碳代謝空間梯度分析 233
9.2.1 碳代謝吞吐量核算及其空間分布 234
9.2.2 土地利用/覆蓋變化對梯度分布的影響 239
9.2.3 討論與結論 242
9.3 北京碳代謝空間網絡分析 244
9.3.1 綜合流量及其空間格局 245
9.3.2 生態關系及其空間格局 249
9.3.3 討論與結論 251
9.4 中美貿易碳代謝路徑分析 252
9.4.1 中美貿易碳轉移量及其結構分布 253
9.4.2 中美初級產品進口產業關聯分析 256
9.4.3 中美初級產品出口產業關聯分析 258
9.4.4 基于貿易的碳減排指標調整建議 260
9.4.5 討論與結論 262
參考文獻 264
第10章 城市氮代謝過程分析 267
10.1 北京氮代謝過程核算及影響因素識別 267
10.1.1 活化氮輸入總量及其結構特征 267
10.1.2 人為活化氮消耗的影響因素分析 272
10.1.3 討論與結論 278
10.2 北京氮代謝網絡分析 282
10.2.1 氮代謝網絡流量分析 284
10.2.2 氮代謝生態關系分析 292
10.2.3 流量-效用層階結構 296
10.2.4 討論與結論 300
參考文獻 304
第11章 園區代謝過程分析 307
11.1 園區共生代謝過程分析 307
11.1.1 共生代謝網絡的形態分析 308
11.1.2 核心-邊緣結構分析 311
11.1.3 連通性分析 313
11.1.4 討論與結論 316
11.2 園區硫代謝過程分析 317
11.2.1 硫代謝網絡模型構建 318
11.2.2 結構特征分析 321
11.2.3 功能特征分析 324
11.2.4 討論與結論 329
參考文獻 331
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城市代謝:理論、方法及應用 節選
理 論 篇 本篇圍繞城市代謝內涵、研究進展、基本理論及技術框架展開，試圖解析城市代謝內涵、過程和特征，借助CiteSpace文獻分析工具，挖掘城市代謝的知識結構、脈絡圖景及演變過程，全景梳理城市代謝研究的學科背景、關聯領域和研究基礎。在此基礎上，闡明城市代謝研究的重要性，并從復合生態系統、生態熱力學、系統生態學等基本理論出發，搭建城市代謝的技術框架和研究范式。 第1章 城市代謝內涵 1.1 城市代謝概念 1.1.1 城市生命體 城市是否是一個生命體？是否有跳動的心臟、完善的臟器、強勁的骨肌、敏銳的神經？是否有新陳代謝演化過程？本章將帶著這些問題，追溯城市形成與發展的過程，并在此基礎上，探究城市與生命體在結構和功能上的相似性特征。 1. 城與市 城市是“城”與“市”的組合詞，“城”是用墻圍起來的具有防御功能的地域，即城池；而“市”是指一定區域范圍內物質、能量、信息、資金、人口的集散地，是交易活動的場所，即集市。三次社會分工與私有制的出現促進了“城”與“市”的形成。原始社會后期，人類征服自然的能力不斷增強，促使畜牧業與農業分離，勞動生產率得到提高，形成了一些小的聚落，這是“市”的萌發胚胎，同時，聚落間產品交換也為私有制的產生創造了物質條件。到了原始社會末期，金屬工具的使用和改良促使手工業與農業分離，商品生產得到迅速發展，貧富差距越發明顯，開始出現以手工業為主的聚落、部落中心，“市”不斷生長發育。到了奴隸社會初期，專門經營商品買賣的商人出現，促使腦力勞動與體力勞動分離，商業資本不斷積累，導致“市”（集）不斷成熟。在這一過程中，私有制的產生形成了對抗階級，為鞏固和擴大私有制，聚落、部落會不斷挑起對內壓迫和對外掠奪的戰爭，爭斗防衛形成了“城”（鎮）。“城”與“市”的結合體現了城市發展的兩種基本形態—因“城”而“市”、因“市”而“城”。因“城”而“市”就是由城發展形成市，這種類型的城市多見于戰略要地和邊疆城市，如天津起源于天津衛、威海由威海衛不斷形成；而因“市”而“城”則是由市發展形成城，這類城市比較多。“城”與“市”的融合形成了行政管理邊界“城”和人類活動集中邊界“市”，也就是現在“城市”的行政邊界和建成區邊界（人類活動集中區與城市腹地間界線），因此城市是一類特殊的人類住區。 城市依托于適宜的自然條件（沖積平原為主），同時借助社會經濟技術水平，沖破自然束縛，不斷向外擴張、向內拓展，已成為人類聚居生活的高級形式和全球人口的主要家園。城市的快速發展，導致物質流、能量流、人口流、信息流高度密集、周轉迅速。同時，城市作為一個不完善的開放系統，內部無法完成物質循環和能量轉換，許多輸入物質經加工、利用后又從城市輸出，物質呈現出線性而不是環狀的流動軌跡變化。物質能量的大量輸入及廢棄物的排出加大了對城市自身腹地及外部區域的壓力，產生了資源能源過度消耗、污染事故頻發、環境質量惡化等一系列問題。有數據表明，城市每年以2%～3%的面積，創造了全球75%以上的GDP，消耗了全球75%左右的自然資源和將近67%的化石燃料，貢獻了全球70%以上的溫室氣體排放，土地、淡水、食物、能源、基礎設施等已難以承載城市這一龐大的身軀，全球城市化進程產生的生態環境問題集中爆發，深刻影響著城市生態系統健康和區域、全球的可持續發展（Acuto et al.， 2018）。 在這一背景下，人類面對困境提出如下問題：城市作為一個人工系統，可否模仿自然生態系統來塑造與改造，以緩解生態環境問題？如果這一命題可行，那從何處著手來模仿自然生態系統呢？在沒有有效辦法控制生態環境問題的情況下，人們將目光轉向產生這一問題的始作俑者—城市本身，萌生用生態學原理與方法來重新剖析城市系統運行演變規律的想法。試圖將城市看作是一個巨型的有機體或鮮活的生命體，近似模仿自然生態系統完備的循環機制，分析城市“代謝病”（生態環境問題）背后的新陳代謝機理（Zhang， 2019; Kennedy et al.， 2007; Newman， 1999）。 剖析城市新陳代謝機理的首要前提是城市與生物、人體和生態系統有諸多相似之處。將生命體理念引入城市研究框架中，分析城市在結構和功能方面與人體的相似特征，是開展城市代謝研究的重要思維方式。在研究城市時，不能將其簡單割裂為城+市，因為兩者是相輔相成的，共同組成了一個鮮活的生命體，在此框架下，城市道路、高樓、廠房等人工產物不再是冰冷的鋼筋水泥，而是有生命的血肉，城市物質、能量流動過程不再是線性的機械運動，而是發揮某種功能的內在聯系。因此，城市生命體可定義為在人類社會發展過程中一定區域內形成的、以非農業人口為主體，人口、經濟、政治、文化高度聚集，能通過與生物體相類似的自養或異養的新陳代謝方式進行物質循環、能量轉換和廢棄物排泄，具有在時空維度上生長、消亡及自我更新的自然演化過程，并能進行自我調控和自我繁殖的復雜巨系統（黃國和等， 2006）。 2. 相似性特征 城市雖屬人工系統，大部分由非生物要素組成，但其與生命體有許多相似之處，是具有生物屬性的人工生命體。下面以人體為參照物，闡述城市在結構層次、功能機理層次與生命體的相似性特征。 （1）結構層次相似。 圖1-1梳理了城市與人體在細胞-組織-器官-系統等不同結構層次上的諸多相似性。城市生命體的“細胞”—人，像人體的每個細胞一樣具有個體獨特性，是城市的重要參與者和基本單元。城市生命體的“組織”是由形態相似、功能相同的一群“細胞”按不同方式組織在一起構成的家庭、企業，是城市社會經濟組織的基本成分。城市生命體的“器官”是有機整合同一屬性的“組織”，以發揮某種特定功能的基本單位，如社區、產業。城市生命體的“系統”由不同“器官”有機組合，并在城市生命體中發揮著不同的功能，如發揮著生產功能和經濟系統、消費功能的社會系統。當然，城市環境作為自然生態系統，也可以拆解為細胞-組織-器官等結構層次。“細胞”“組織”“器官”“系統”按照一定的有序結構和運行機制就會形成有機整體—城市，不同結構層次的代謝主體狀態良好且職責明確，就會保障城市生命體正常有序運轉，否則就有可能產生病變—“城市病”。 圖1-1 城市生命體與人體的結構層次比擬 （2）功能機理層次相似。 在剖析結構層次的基礎上，按照特定的功能機理，均可以在城市生命體中搜尋到由不同“器官”構成的“運動系統”“控制系統”“消化系統”“吸收系統”“排泄系統”“循環系統”。城市生命體運行往往需要多個“器官”共同參與，而某個“器官”也會具有多重功效，物流能流及不同“器官”的有機組合就形成了城市運行的不同系統。人體“骨肌”構成運動系統，決定著人體的形態和運動能力，而城市“骨肌”則包括交通干線（公路、鐵路、橋梁和管道設施）和建筑，就像人的骨骼（骨架）和肌肉，形成了城市集中式、組團式、條帶式和放射式等外部輪廓，也決定著城市的運輸能力。人體中“腦”是控制中心，收集各類信息，指揮著人體的各種思想和行為，而城市政府管理部門同樣發揮著控制功能，作為“腦”協調、規范各類社會經濟活動，指揮調配著物質、能量及信息流的傳輸，并加強應對外界不利因素影響的各類防御系統建設，為城市彈性、持續健康的維系提供安全保障。對城市生命體功能的改造、更新，不能像西醫那樣，動輒手術、截肢，而應借鑒中醫疏通經絡、調和陰陽的理念，“望”其氣色，“聞”其聲息，“問”其癥狀，“切”其脈象，優化城市流量、存量與增量，為城市生命體把脈問診。 人體“胃腸”將食物分解成容易吸收的養分供給人體組分，而城市“胃腸”—物能轉化部門構成消化系統，它們將來自環境的金屬與非金屬礦物、礦物燃料等轉化為城市所需的物質與能量。人體“肝脾”主要完成營養物質吸收、合成等代謝功能，城市制造部門也發揮著“肝脾”功能，利用物質與能量組織生產，提供重要的商品與服務，構成吸收系統。城市“肝腎”—物質凈化部門構成排泄系統，主要發揮解毒、排泄代謝產物的功能，承擔著廢水、廢氣、廢渣的凈化與處理任務。人體“心肺”通過驅動血液輸送和氣體更新，為人體各部位提供氧氣和各種養料，而城市“心肺”—交通部門也負責養分輸送，火車站、客運站和機場作為交通中心調配著交通運輸系統，有效促進物質、能量流的交換與輸送，城市交通干線（動脈和靜脈血管）和網狀街道（毛細血管）彼此銜接，作為基盤承載著各種交通工具，穩定快速地輸送城市人流、物流，循環系統有效保障了城市生命體的活力（圖1-2）。 圖1-2 城市生命體與人體的功能機理比擬 城市森林、草地、水域、濕地等自然組分構成了城市腹地，不僅為城市提供物質、能量，也消納了部分廢棄物，從這一意義來說，腹地也發揮了城市“肝腎”、“肺臟”等器官的功能。城市人工肝腎（物質凈化部門）與自然腎（濕地）保證城市生命體自身的潔凈，產生的廢棄物經無害化處理、回用之后進入其他部門或排入自然；城市人工肺臟（物能流通部門）與自然肺臟（森林）保持著城市生命體的活力。可見，無論是自然屬性組分，還是社會經濟屬性的組分，均是城市生命體不可或缺的重要代謝主體，積極參與城市更新、新陳代謝的成長過程。
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