获奖作品展播 | 吴志强、乔壬路 等：工业化、城市化与创新——中国城市碳排放的非线性驱动因素

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金奖

第十四届（2024年）钱学森城市学金奖

获奖作品展播

导语

两千多年前，古希腊大思想家、大哲学家亚里士多德曾说过：“人们来到城市是为了生活，人们在城市居住是为了生活得更好。” 1985年，中国的“两弹一星”之父钱学森指出：城市是一个复杂巨系统，必须以系统科学的方法，去科学系统地研究城市。

2011年起，杭州国际城市学研究中心以城市学领域开创者钱学森先生为名设立 “钱学森城市学金奖”，分别围绕城市人口、交通、教育、卫生健康、土地住房、文化遗产、环境等七大主题开展优秀作品征集评选活动，表彰和奖励国内对城市学做出突出贡献的集体和个人。

今天，我们带来的是第十四届钱学森城市学（环境）金奖提名奖作品—— Industrialization, urbanization, and innovation: Nonlinear drivers of carbon emissions in Chinese cities（工业化、城市化与创新：中国城市碳排放的非线性驱动因素），吴志强、乔壬路 等。

一、获奖理由

如何系统辩证地理解中国快速工业化和城市化过程对碳排放的影响，这是关乎中国经济产业和城市建设长远发展的核心问题，更是中国参与全球气候变化治理的重要议题。本作品利用中国290个城市的面板数据，绘制了中国城市碳排放格局，通过集成学习算法构建精确的非线性驱动模式，从宏观层面分析了城市碳排放的驱动因素和转变方向，帮助理解了工业化、城市化、技术创新与碳排放之间的复杂作用关系，这对于城市制定个性化政策具有一定借鉴意义。

二、作品介绍

全球变暖现象及其导致的极端天气事件的增加，正在对人类和生态环境造成重大的负面影响。人类活动产生的温室气体（GHG）排放问题受到了国际社会的高度关注。为解决这一问题，《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）第26次缔约方会议达成了一项协议，要求到2030年全球温室气体排放量在2010年平均水平的基础上减少45%。

在过去的几十年里，中国经历了令人瞩目的经济增长，成为世界上最重要的发展中国家。与此同时，中国在快速工业化和城市化过程中，已成为最大的碳排放国，占全球总排放量的三分之一以上。为此，中国政府积极采取实质性措施，如设定到2030年单位GDP碳排放量减少60%的目标。这些举措凸显了中国应对碳排放管理任务的坚定决心。

为更好实现低碳发展，中国需要根据每个城市独特的产业阶段、技术进步、城市化水平和资源，制定有针对性的方案。鉴于此，本研究利用2000年至2017年290个城市的面板数据，采用集成学习算法建立碳排放经验模型，并利用Shapley加性解释（SHAP）算法对影响碳排放的潜在耦合机制提供了更复杂的理解。这种方法使我们能够复杂地分析城市化、工业化和技术创新之间的非线性相互作用，以及它们如何共同影响碳排放模式，确定工业产出和城市发展的关键阈值。

基于以上，本研究旨在：(1)揭示经济发展、产业结构、城市化和人口动态对碳排放的协同影响；(2)探索单个因素对排放的非线性驱动机制，通过复杂的机器学习技术识别不同的阈值；(3)利用中国290个城市的面板数据，绘制了中国城市碳排放格局。

研究结果表明，中国碳排放的主要驱动因素正在从农业部门向工业和服务业部门转变。当第一、第二、第三产业人均产出分别超过1500元、12.5万元、10万元时，城市进入碳脱钩阶段。城市建成区面积扩大到10%以上可以显著降低碳排放强度。然而，本研究也强调了一个关键的挑战：新兴高科技产业创新的最初减排效果被传统产业的高排放所抵消。此外，我们的分析表明，人均研发投入超过8000元可能会导致排放增加。

基于这些非线性的结论，可以指导制定定制的政策干预措施，以管理中国城市的碳排放，即将每个城市的独特特点和发展阶段纳入考虑，以确保政策有效且与具体情况相关，这将有助于更深入地了解中国城市碳管理领域的多方面挑战和解决方案，为政策制定者和城市规划者努力打造可持续未来提供路线图。

三、作者简介

吴志强，男，1960年生于上海。国务院政府特殊津贴专家，中国工程院院士，德国工程科学院院士，瑞典皇家工程科学院院士，中国2010年上海世博会园区总规划师，北京城市副中心城市设计综合方案总规划师。国务院学位委员会城乡规划学科评议组第一召集人，曾任全国城乡规划学专业指导委员会主任委员，亚洲规划院校联合会主席，世界规划院校联合会首届联席主席。获得全国先进工作者、全国五一劳动奖章、世博全国劳动模范和上海市劳动模范、全国优秀科技工作者、全国城市规划优秀科技工作者、上海市科技精英和领军人物等荣誉称号。曾获多项国家级、教育部、建设部、科技部和上海等省部级科技进步奖，国内外诸多规划设计重要奖项。

吴志强长期坚守在城市规划工程实践第一线，致力于推进城市规划的理性提升。针对我国城镇化面临的重大挑战和建设问题，他积极探索规划技术的数理分析新方法，剖析城市发展内在规律，模拟推演规划效果，科学评价规划决策，系统优化规划方案，不断研发"以数明律、以流定形"的规划方法，逐步建立了"理性规划"的理论框架，取得了理性规划理论与方法的重大成就，在系列重大城市规划工程应用中取得了显著成效，为城市规划的理性化做出重大科学贡献。

乔壬路，男，1995年生，内蒙古鄂尔多斯人，同济大学上海自主智能无人系统科学中心智能科学与技术交叉学科2022级博士研究生，导师吴志强院士。在此期间深入研究“美好城市”的内涵特质，专注于将先进的技术手段与城市可持续发展相结合，通过智能技术解析和表征城市特征，挖掘其间的作用规律，积累了扎实的理论基础与科研经验。

以第一作者或通讯作者在《Nature Communications》、《Resources, Conservation and Recycling》、《Applied Energy》等期刊发表论文15篇，其中 SCI 中科院一区TOP期刊13篇，中文核心1篇。深度参与科研项目5项，其中主持市厅级项目1项，参与国家级课题3项。曾获2023-2024年度、2022-2023年度、2016-2017年度国家奖学金，2024年钱学森城市学（环境）金奖提名奖，2024年GERD ALBERS AWARD 'Best Paper'，2023年青岛市优秀规划设计奖，2016年高教杯全国大学生竞赛一等奖，2016年北京市大学生建筑结构设计竞赛，2018年北京市优秀毕业生，2017年北京市三好学生等荣誉。

供稿：杨之颖、乔壬路

编辑：姜晓航

审核：李   燕

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