中国两大城市群建筑存量与隐含碳排放时空动态数据集（2000-2020）：面向碳中和的城市代谢研究

为应对建筑全生命周期隐含碳排放（ECE）对碳中和目标的挑战，南京信息工程大学联合香港城市大学等团队构建了长三角（YRD）和粤港澳大湾区（GBA）2000-2020年500米网格尺度建筑存量（MS）与"摇篮到大门"阶段ECE的高精度数据集。研究整合夜间灯光（NTL）数据与地理信息系统（GIS），揭示水泥、钢材等11类建材主导排放规律，填补了发展中国家城市代谢时空动态数据的空白，为《巴黎协定》框架下的低碳城市规划提供科学依据。

　　

全球城市化进程加速背景下，建筑行业贡献了约40%的碳排放，其中建材生产阶段的"摇篮到大门"（cradle to gate）隐含碳排放（Embodied Carbon Emissions, ECE）占全生命周期62%。中国作为全球最大建筑业市场，长三角（Yangtze River Delta, YRD）和粤港澳大湾区（Greater Bay Area, GBA）两大城市群在快速扩张中面临严峻的碳管理挑战。然而，现有研究多聚焦发达国家，发展中国家高精度时空动态数据严重缺失，且传统夜间灯光（Nighttime Light, NTL）数据存在饱和失真问题，难以支撑精细化碳核算。

针对这一科学难题，南京信息工程大学联合香港城市大学等机构的研究团队在《Scientific Data》发表了开创性研究。该工作首次构建了2000-2020年中国两大城市群500米网格尺度的建筑存量（Material Stock, MS）与ECE数据库，涵盖钢、铜、水泥等11类关键建材。研究创新性地融合多源异构数据，通过NTL辐射效率分区校准技术破解了高密度城区光饱和难题，为发展中国家城市代谢研究提供了可复用的方法论框架。

关键技术方法
研究采用三步法技术路线：①基于流域分析分割NTL数据（DMSP/OLS和VIIRS融合数据），建立建筑体积估算模型；②结合材料强度（Material Intensity, MI）和建筑类型比例系数β_j计算MS；③通过排放因子（Emission Factor, EF）完成ECE核算。空间覆盖YRD 27城和GBA 11城，时间跨度为2000-2020年，所有计算以年度为步长。数据验证采用香港、上海等14城的既有研究交叉比对，敏感性分析评估了MI和EF的波动影响。

研究结果

时空动态特征
• 空间分布：ECE高值区从分散转向集聚，GBA集中分布于广深莞核心区，YRD则形成沪-苏-杭-甬沿海排放带（图2a,3a）。
• 时间演变：2000-2020年MS总量增长4.8倍，其中非金属建材（砂石、水泥）贡献76%存量增长，而金属材料（钢、铝）虽仅占存量12%，却导致43%的ECE增量（图2c,3c）。
• 城市差异：澳门单位面积ECE达其他城市3-5倍，台州2020年单位GDP排放强度跃居首位，反映区域发展模式分化（图2e,3e）。

方法学验证
• 与既有研究对比：上海2018年MS估值（7712万吨）较黄浩等研究偏高25.6%，因NTL对高密度人口区敏感；香港数据（1140万吨）与袁丽伟团队结果差异达78.8%，源于自上而下/自下而上方法学差异（表2）。
• 敏感性测试：砂石MI增加10%导致MS波动±8.7%，而铜、玻璃等EF变化对ECE影响超12%（图4,5），印证关键材料参数敏感性。

数据产品特性
• 包含26个数据集文件，涵盖：

• 总MS/ECE（8,778条城市级记录）
• 500米网格化数据（5,538,063条/材料）
• 建材分类（金属/非金属）与居住/商业建筑拆分
  • 开放获取于Figshare平台，支持MATLAB/R/Python多工具解析。

结论与展望
该研究首次系统揭示了中国城市群建筑代谢的时空异质性，证实快速城市化阶段非金属建材存量扩张与高EF材料（如水泥）是碳锁定的主要来源。技术层面，提出的NTL-GIS融合框架突破了传统光饱和限制，为全球南方国家城市碳核算提供样板。政策意义上，网格化ECE数据可直接支持差异化碳税政策制定，如针对澳门高密度城区需优先推广低碳建材替代。

研究局限性在于建筑年龄数据缺失制约了全生命周期评估（LCA），未来将扩展至"大门到坟墓"（gate to grave）阶段。团队计划将数据集发展为开源产品，通过动态更新机制跟踪城市代谢演变，助力全球碳中和目标实现。正如通讯作者Liang Dong强调："这项工作的真正价值在于建立了城市尺度物质-碳耦合分析的新范式，使隐形的基础设施碳足迹变得可视、可管、可控。"