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。
导读
跨学科合作是实现高效、韧性、可持续城市发展的必由之路。城市微气象、能源系统与建筑部门是城市中经济与社会活动的三项基本载体，其中单一系统的不合理建设或运行管理将会直接引起城市内其他系统的连锁恶化。本文从城市的能效与碳排放、健康与可持续、韧性与可靠性三方面阐述城市发展面临的挑战与风险，进而探讨如何从区域协作、新兴技术方法、政策引导、长远期规划等方面来挖掘跨学科合作潜力，以期为不同学科研究者与决策者提供未来城市发展研究的新思路。
图1 图文摘要
(一) 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。
(二) 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。
责任编辑
陈 娟 中国农业大学
张宝刚 中国地质大学（北京）
本文内容来自The Innovation 姊妹刊The Innovation Energy 第1卷第4期发表的 Editorial 文章“Interdisciplinary collaborative perspectives: Urban microclimate, urban energy systems, and urban building sectors” (投稿: 2024-10-18；接收: 2024-11-14；在线刊出: 2024-11-18)。
DOI：10.59717/j.xinn-energy.2024.100053
引用格式：Song Y., Zhang Z. and Hui H. (2024). Interdisciplinary collaborative perspectives: Urban microclimate, urban energy systems, and urban building sectors. The Innovation Energy 1:100053.
作者简介
宋永华 澳门大学校长，电气工程讲座教授，智慧城市物联网国家重点实验室主任，英国皇家工程院院士，欧洲科学院(外籍)院士，IEEE会士，IET会士，中国电机工程学会会士。担任中国电工技术学会第八届及第九届理事会副理事长、中国电机工程学会第九届及第十届理事会副理事长。作为第一完成人获国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖、中国电力科学技术进步一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、光华工程科技奖、全国创新争先奖等。2002年至今一直被委任为澳门特别行政区政府科技委员会顾问，2023年获澳门特别行政区政府颁授教育功绩勋章，以表彰其在教育事业方面的杰出贡献。主要研究方向：电力系统分析与控制、综合智慧能源、城市环境与能源治理。
张振威 澳门大学博士研究生，主要研究方向：城市微气象与能源需求侧管理、城市综合能源优化调度。
惠红勋 澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室助理教授，博士生导师。获浙江大学电气工程学士和博士学位，曾任弗吉尼亚理工大学、田纳西大学访问学者。主持国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划子课题、澳门科学技术发展基金、广东省自然科学基金等国家级/省部级项目7项，出版学术专著1部，发表SCI索引期刊论文60余篇，授权国家发明专利16项，软件著作权3项，主要参与制定标准4项。主要研究方向：综合能源系统、电力负荷调控、电力物联网。
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The Innovation 是一本由青年科学家与Cell Press 于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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