区域水-能-碳系统调控系列模型

面对城镇化生态转型发展科技前沿与新时期国家战略需求，针对当前面临的评估指标方法缺乏普适性、模型工具亟待智能化升级、输出结果难对比、现实案例匮乏及预警功效不足等问题，项目组构建了服务城镇化生态转型评估的区域水-能-碳系统调控调控系列模型，涵盖城镇化生态转型动态评估(EUDES)系统、水-能-碳多尺度关联分析(WEC Nexus)方法、水-能-碳系统调控(WECCCS)模型、城镇化生态转型可持续决策支持系统(EUDSS)平台。系列模型介绍如下：

（1）城镇化生态转型动态评估系统。构建城镇化生态转型动态评估(EUDES)系统，基于先进的数据集成技术，整合遥感图像、地面观测、统计调查等多源数据，形成高精度、实时更新的数据信息库。该系统综合利用地理信息科学、计算机科学及人工智能等技术新进展，实现了多维度、多尺度的生态系统结构动态模拟与评估。

（2）多尺度水-能-碳系统耦合分析方法。开发水-能-碳多尺度关联分析(WEC Nexus)方法，研究了城镇化生态转型过程中水-能-碳系统的复杂关系。该技术可揭示不同地理和气候区域的水-能-碳系统耦合关系，分析不同地理和气候区域中水资源分布和利用效率、能源消耗和碳排放的互动关系，解析其不同尺度上呈现出的特征及尺度依赖的变化规律，为资源优化利用与能源高效配置提供了模型工具。

（3）水-能-碳关联解耦及调控模型。基于多目标优化模型以及遥感和GIS数据等工具，整合涵盖资源利用、分配和优化的多尺度水-能-碳系统调控方法，研发了水-能-碳系统调控(WECCCS)模型。该模型可模拟不同政策和经济情景下的水资源流动、能源消费与碳排放量，识别有效解耦水、能、碳关联的关键因素与策略，为水-能-碳系统解耦与优化提供了技术方案。

（4）城镇化生态转型可持续决策平台。综合考虑经济增长、人口增长、政策干预和气候变化等多因素的非线性交互作用，引入图神经网络技术构建水-能-碳系统的拓扑关联模型，研发了城镇化生态转型可持续决策支持系统(EUDSS)平台，实现了多情景下水-能-碳过程的系统调控支持城镇化生态转型可持续决策技术决策。

区域水-能-碳系统调控系列模型在理论上突破了城镇化背景下水-能-碳耦合关系的多尺度模拟与优化调控难题，在实践中为城市绿色基础设施规划、能源高效利用与碳排放削减提供了系统化解决方案。通过动态评估、关联解析、优化调控与决策支持的有机衔接，模型不仅提升了资源利用效率和环境治理能力，还为政府、企业和科研机构开展城市生态管理与低碳转型提供了可复制的技术支撑，具有广阔的推广应用前景。

区域水-能-碳系统调控系列模型原理

[1] Bai, Y., Wang, Y., Xuan, X., Weng, C., Huang, X., & Deng, X. (2024). Tele-connections, driving forces and scenario simulation of agricultural land, water use and carbon emissions in China’s trade. Resources, Conservation and Recycling, 203, 107433. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.107433

[2] Bai, Y., Xuan, X., Wang, Y., Weng, C., Huang, X., & Deng, X. (2024). Revealing the nexus profile of agricultural water–land–food–GHG flows in China. Resources, Conservation and Recycling, 204, 107528. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.107528

[3] Chen, J., Xu, C., Song, M., Deng, X., & Shen, Z. (2022). Towards sustainable development: Distribution effect of carbon-food nexus in Chinese cities. Applied Energy, 309, 118470. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.118470

[4] Wu, H., Li, Z., Deng, X., & Zhao, Z. (2025). Enhancing agricultural sustainability: Optimizing crop planting structures and spatial layouts within the water-land-energy-economy-environment-food nexus. Geography and Sustainability, 6(3), 100258. https://doi.org/10.1016/j.geosus.2024.100258

[5] Xuan, X., Bai, Y., Sikka, G., Weng, C., & Deng, X. (2025). A land–water–energy–greenhouse gas nexus framework informs climate change mitigation in agriculture: A case study in the North China Plain. Geography and Sustainability, 100354. https://doi.org/10.1016/j.geosus.2025.100354

[6] Wang, Y., Han, Z., & Deng, X. (2025). Water-Energy-Carbon Nexus Within the Urban Eco-Transformation of the Beijing-Tianjin-Hebei Region. Expert Systems, 42(4), e70015. https://doi.org/10.1111/exsy.70015

[7] 邓祥征，黄季焜，宋马林，刘刚，曾晨，董金玮，匡文慧，崔耀平，张帆，李志慧，宋伟，吴锋，金贵，韩赜. 2023，自然资源科技进步奖一等奖，“城镇化生态转型水-能-碳系统调控的关键技术及应用”