跨学科合作视角：城市微气象、城市能源系统与城市建筑部门
跨学科合作视角：城市微气象、城市能源系统与城市建筑部门
随着全球变暖与城市化演进，不合理的城市建设与能源消费迫使城市面临极端气候与能源安全风险，并已在全球范围的城市内形成环境恶化与能耗攀升的恶性循环。本文从跨学科合作研究视角，探讨实现城市高效可持续发展、打造韧性城市的综合解决方案与发展方向。
城市系统间恶性互动的挑战
加剧城市能耗与碳排放挑战
突出案例为城市密集建筑引发的城市热岛效应。过热的城市天气导致制冷能耗需求增长一度达到40%，同时大量空调运行排放的废热又直接抬升城市气温。此外，城市微气象的恶化（包括温度、湿度、污染物、降水等）以及建筑的不合理建造运行，都会直接加剧城市能源系统的负担。
加剧城市健康与可持续发展挑战
城市能源系统与建筑部门的建造、运营、维护和回收的全生命环节均会直接或间接对城市气象系统产生影响，突出表现为不合理的建筑群设计与污染物排放引发的城市热岛效应、降雨效应、风岛效应与污染岛效应，在城市内部形成典型微气象区域。
加剧城市韧性与可靠性管理挑战
城市气象系统、能源系统与建筑部门的紧密互动将导致单一系统故障与风险在多个系统间传递与叠加。特别是具有高度集中化供能系统与密集建筑群的城市街区（如集中供热区、商业综合体连供区等），城市热浪、内涝、台风等灾害将严重打击能源系统的安全，并在密集建筑群内产生连锁故障。
学科交叉合作的技术与政策前沿
学科交叉合作下跨区域协作
城市微气象与能源系统跟随建筑集群在空间分布上表现为明显的分区分块。区块间的建筑功能、用能行为以及微气象特征的差异性创造了区域间合作对抗风险的潜力。特别是区域能源系统间供能类型、网架结构、负荷特征具有明显的互补性，跨区域协作可以有效增强能源系统的灵活性。
学科交叉合作下新兴技术方法
物联网、大数据、人工智能等技术的发展为学科交叉合作提供了新的机遇，通过传感器和通信网络构建的数字孪生系统，可以更智能地监测和管理城市能源和建筑运行，让管理过程更加清晰透明；先进材料与新型能源的研发可为突破学科交叉的难题提供新的手段，绿色相变材料与可持续冷却技术在建筑中的推广应用可以有效缓解城市微气候恶化。
学科交叉合作下政策引导
政策引导是推动城市中不同学科研究者跨领域合作的加速剂，可以有效打破跨学科研究的利益冲突与知识壁垒，构建统一的数据共享与交流平台，形成长期可持续发展的目标引导与约束机制。同时，政策制定可以规避学科交叉合作下潜在的社会资源、经济和健康的不平等风险。
学科交叉合作下长远期规划
在持续的全球气候变化下，城市规划、建设、运营和管理需要更多前瞻性的方法。未来智慧建筑的发展将更加注重模块化、灵活性和智慧化，提供更加更高效、更舒适和更可持续的生活环境。智慧能源系统的发展更注重区域分散自治、交直流混联、高比例新能源集成、和高效需求侧响应，实现更加低碳、可靠的能源供应。
总结与展望
随着新兴技术的发展，未来城市将更加智慧和高效。依托先进的数字孪生技术、物联网传感与通信网络、城市数据共享与协作平台、智慧楼宇与智慧能源管理系统，长远期政策规划指导以及跨区域协作，城市微气象系统、城市能源系统和城市建筑部门有望加速跨学科间的交叉合作，破解城市中人类活动与环境恶化间的恶性循环，克服城市发展困境，推动城市向更高效、韧性、和可持续发展方向迈进。
本文原文来自The Innovation Energy