引言
快速城市化导致温室气体（GHG）排放急剧增加，引发了全球变暖等极端气候事件，以及相关的生态和环境问题[1,2]。因此，减少城市碳排放已成为可持续城市发展的关键问题[3]。
作为城市的基本构成单元，社区具有大规模的建筑和集中的资源消费，是城市碳排放的重要来源[4,5]。目前，发展中国家的住宅区碳排放可能占全国总碳排放的40%以上[6]。随着城市化的加速和人口的增长，社区的规模预计将持续扩大，从而导致能源消耗和碳排放的相应增加[7]。因此，建设低碳社区在推动城市向碳中和目标迈进方面起着至关重要的作用[5,8]。
以往关于低碳社区的研究主要集中在减少碳排放上，包括社区碳排放的核算、影响因素的识别、低碳技术的探索以及低碳社区的评估。在社区碳排放核算方面，研究主要测量了整个生命周期（包括规划与设计、建设、运营以及拆除和回收）的碳排放，并确定了主要的碳排放部门[9,10]。关于社区碳排放的影响因素，现有研究侧重于分析人口特征、土地利用类型、交通出行和空间形态对碳排放的影响[6,11,12]。关于社区低碳技术的研究主要考察了各种技术（如建筑材料、建筑围护结构技术和低碳能源系统）在减少建筑和运营过程中的二氧化碳（CO2）排放方面的潜力[5,13]。关于低碳社区评估的研究主要分析了不同国家低碳社区评估标准及其指标的差异、重点和适用性[[14], [15], [16]]。
基于以上内容，现有关于低碳社区的研究大多从单一碳流或单一部门的角度讨论问题[17]，缺乏系统性地考虑多部门碳流之间相互作用的研究，这可能导致片面的减排策略，无法实现跨部门的协同减碳效果。此外，对居民的主观体验关注不足[18]。
碳代谢是指碳物质在生物圈、大气层和城市系统不同组成部分之间的流动过程[19]。研究社区碳代谢（NCM）可以阐明碳排放、碳提取以及社区不同部门之间和社区与外部环境之间的碳转移过程[7,20]。与从碳排放角度进行的现有低碳社区研究相比，我们从碳代谢角度研究低碳社区的优势在于：碳代谢更为系统化，能够全面跟踪从输入到输出的整个碳路径，便于进行跨部门碳流的相关性分析，识别关键的代谢部门和路径，并模拟低碳技术对社区整体碳代谢结构的影响，从而在社区内的多个代谢部门之间实现协同效率。
然而，关于碳代谢的研究主要集中在城市层面，探讨了不同城市集群中碳代谢的时空演变、内部碳流的转化关系和驱动机制[[21], [22], [23]]，以及各种土地利用变化对特定城市碳代谢的影响[24,25]。在社区层面，Lu等人[7]建立了社区碳代谢的概念模型来分析其特点。Zhang等人[20]以奥林匹克体育社区为例，揭示了2013年至2022年间NCM的动态变化，并进行了空间排放分析，同时研究了不同部门对社区碳代谢的影响。Tang等人[22]采用能量分析法和数据包络分析法评估了社区的代谢性能，并提出了适用于社区规模的更新框架。
当前关于社区尺度碳代谢的研究存在两个主要局限性。首先，现有研究主要关注特定住宅区域内的结构特征和碳流映射[7]。然而，这些努力缺乏针对社区尺度碳代谢网络的系统性、多维度评估模型，无法确保识别关键部门和路径的准确性，使得跨社区比较几乎无法实现。其次，更严重的是，即使识别出碳流路径和关键部门，现有研究也未能将其与低碳社区的建设和更新联系起来。它们缺乏将研究发现转化为可操作的低碳技术的必要途径。这阻碍了提供关于如何实施干预措施、应优先考虑哪些技术以及如何实现多部门协同减碳的实际指导[26]。
为了解决这个问题，我们假设低碳技术会在NCM指标上产生不同的改善模式，而这些性能变化可以通过干预前的预测评估来量化。
复杂的系统预测方法分为四类：(i) 数据驱动的机器学习[27,28]，用于地震脆弱性[29]和气候相关生产力预测[30]；准确但需要大量标记数据。(ii) 博弈论多智能体建模[[31], [32], [33]]，关注利益相关者冲突而非物质-能源流。(iii) 以不确定性为导向的基于证据的推理[34,35]，适用于稀疏异质证据，但在技术干预的假设分析方面较弱。(iv) 基于机制的模拟和优化[[36], [37], [38], [39]]，能够在预定义的情景下透明地比较干预措施的前后效果。
NCM是一个耦合的社会生态系统，其机制知识不完整，标准化的大样本数据有限。直接应用先进的预测算法会受到假设缺陷、数据不足和解释性差的影响。我们的研究采用了第四类方法，开发了一个评估-情景模拟-重新评估框架，该框架对小样本也是透明和可复制的，用于测试合适的低碳技术是否能改善NCM。
我们的研究旨在：(i) 构建一个全面的社区碳代谢评估模型；(ii) 使用多个实际社区案例量化基线碳代谢水平；(iii) 通过评估结果识别系统性缺陷来筛选潜在的低碳技术；(iv) 开展针对低碳技术的干预情景模拟，然后重新评估干预后的碳代谢状况，以预测更新效果并比较不同解决方案。
其余部分安排如下。下一节将介绍方法和研究区域。第3节将描述不同情景下社区的碳代谢网络，呈现相应的碳代谢评估结果，确定合适的低碳技术，并提出有针对性的政策建议。最后一节提供了我们研究的结论。
