中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所門口的智能聲景采集設(shè)備。

研究人員在田間做廚余垃圾資源回收還田利用相關(guān)實驗。

坐落在杏林灣畔的中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所（以下簡稱“城市所”），草木蔥蘢，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美。大門口處，佇立著一個形似燈桿的特殊采集設(shè)備，它已在園區(qū)中智能鑒別出58種鳥類的叫聲。

這是依托城市所建設(shè)的廈門市城市代謝重點實驗室正在進行的一項研究——智能聲景感知與生物多樣性研究，這項研究還進一步探尋聲景與人的關(guān)系，助力城市的聲環(huán)境精細規(guī)劃。

除了聲景，廈門市城市代謝重點實驗室的研究領(lǐng)域還涉及水、能源、建筑、交通、廢棄物利用等?！俺鞘芯拖袷且粋€有機生命體，我們研究城市系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)與能量的輸入及輸出、遷移、轉(zhuǎn)化等過程與機制?！睆B門市城市代謝重點實驗室主任崔勝輝介紹，他們通過生命周期分析、物質(zhì)流分析、生態(tài)熱力學(xué)等方法，分析城市能源、交通、建筑、工業(yè)、家庭消費等領(lǐng)域的物質(zhì)與能量代謝過程，為高效的城市發(fā)展與建設(shè)模式提供科技支撐。

用耳朵“看”的景觀

探索城市環(huán)境與人的關(guān)系、人與自然和諧共生，是實驗室研究的核心

在綠地上、湖邊靜靜坐著，啥也不干，能對人的身心健康產(chǎn)生什么影響？研究團隊請來30名志愿者，他們戴上腦電圖頭戴式耳機、測心率手環(huán)，在廈門市15個公園的綠地或湖邊進行了為期16天的實驗。

“實驗結(jié)果將為城市的綠地規(guī)劃與原生湖泊河流提供決策參考。”研究人員金越男說。腦波及心率的測試結(jié)果表明，綠色空間（即開放式綠地）和藍色空間（即湖泊河流邊）相較于閉合空間或普通地面，在減壓上更勝一籌。而且，身處草坪，比起在樹木間，視野更開闊，減壓效果更好。

探索城市環(huán)境與人的關(guān)系、人與自然和諧共生，是實驗室研究的核心。城市所副研究員李春明的聲景感知項目研究，就把目光對準快速城市化導(dǎo)致的聲環(huán)境退化，及其導(dǎo)致的人群健康和動物行為面臨的風(fēng)險。

“眼里看到的是風(fēng)景，耳朵聽到的環(huán)境就稱為‘聲景’。”李春明告訴記者，目前我國的噪聲監(jiān)測還是普遍使用分貝量這樣的聲壓概念，事實上，聲源結(jié)構(gòu)也十分重要。城市所大門口的聲景采集裝置桿，他們在整個園區(qū)范圍內(nèi)共設(shè)立三個，實時傳回的數(shù)據(jù)顯示在李春明的電腦屏幕上：“聲事件”“聲多樣性”“聲均勻度”“生物聲學(xué)指數(shù)”等要素值在聲景在線監(jiān)測與智能分析系統(tǒng)中實時跳動。

2023年4月21日，廈門市首次人工記錄下廈門市新物種庫頁島柳鶯的蹤跡。其實早在2021年2月21日，聲景在線監(jiān)測與智能分析系統(tǒng)就智能識別出并記錄下這一新物種。李春明說，該系統(tǒng)的鳴聲物種多樣性智慧評估，有助于新物種的及早發(fā)現(xiàn)，便于提早做好保護。

“我們把園區(qū)看成一個微縮的城市進行研究，未來希望擴展到整個廈門市的聲環(huán)境采集和研究，以此為范本支撐城市聲環(huán)境的精細規(guī)劃和生物多樣性的智慧監(jiān)測?！崩畲好髡f，他目前借助傳感器網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算、移動計算和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，進行大尺度聲景建模以及聲景影響機制研究，已總結(jié)提出全球公眾參與式聲景感知和面向生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵地區(qū)的智能聲景感知等研究模型。

城市“生長”模擬器

從氣候到能源使用、從居住條件到出行方式、再從城市固廢到建材生產(chǎn)與碳排放等，這些因素時時刻刻對城市的“生長”產(chǎn)生影響

如果把城市比作一個有機生命體，那么城市綠地就如同它的“肺”，能源就是它的“血液”，固廢處理系統(tǒng)相當于它的“排泄系統(tǒng)”……從氣候到能源使用、從居住條件到出行方式、再從城市固廢到建材生產(chǎn)與碳排放等，這些因素時時刻刻對城市的“生長”產(chǎn)生影響。

城市所副研究員劉宇鵬的計算機里，正在構(gòu)建一個更智能、更宏大的城市“平行宇宙”——城市代謝模擬器?！俺鞘谢统鞘袛U張引發(fā)建筑在水平和垂直方向上的三維增長與更迭，伴隨大量材料和能源的使用與消耗，形成了城市建筑的‘新陳代謝’。”劉宇鵬介紹，在這個初具雛形的“平行宇宙”中，分析了廈門市從1980年至2018年期間，城市建筑生長的“食量”“重量”“代謝產(chǎn)物”等趨勢。

近40年間，城市年均“食量”200萬噸，前20年多數(shù)“攝入”砂石和磚瓦，此后十幾年則偏好鋼鐵和混凝土。城市的“重量”即“堆砌”在城市中的建材存量，也從城市化初期的快速增長到趨于穩(wěn)定。隨之而來的還有代謝的“副產(chǎn)物”——各種城市垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增長。

此外，城市代謝模擬器還根據(jù)全市建筑屋頂大數(shù)據(jù)做了屋頂利用規(guī)劃、建筑光伏用能效率等分析?！拔磥?，實驗室相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和大數(shù)據(jù)，都可以集成在這個城市代謝模擬器中?！眲⒂铢i說，通過模擬器建立起一系列的時空分析框架、方法和模型，可支撐城市建筑、家電和固廢的高精度時空代謝過程模擬，實現(xiàn)了關(guān)鍵參數(shù)的自動化獲取、智能反演和精準化評估。

“城市的生物地球化學(xué)過程被認為是導(dǎo)致全球環(huán)境變化的5種主要驅(qū)動因素之一。”崔勝輝介紹，高強度的城市人為活動所產(chǎn)生的各種廢棄物，通過自身或攜帶物的遷移而進入大氣、水體和土壤，從而影響從城市尺度到全球尺度的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。

最近，城市所副研究員高兵正在研究城市廚余垃圾不同處置方式的經(jīng)濟效益和環(huán)境效應(yīng)，為廈門市廚余垃圾資源回收提供更好的決策參考。“我們以廈門市廚余垃圾集中厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼渣和城市所的食堂廚余作為研究樣本，模擬沼渣制肥與填埋、好氧制肥過程，再到田間應(yīng)用的全生命周期，全面評估廚余垃圾不同處置方式的減污降碳協(xié)同增效能力?！备弑榻B，從2021年4月8日開始至今，已完成15季葉菜類蔬菜試驗。

實驗結(jié)果顯示，在農(nóng)民常規(guī)種植基礎(chǔ)上等量替代30%化肥氮，廚余垃圾好氧堆肥和厭氧沼渣肥與廈門市傳統(tǒng)有機肥雞糞相比，作物收獲量差別不大，但每萬元農(nóng)產(chǎn)品的碳排放強度能減少20%～40%。而且生熟廚余混合存放相比熟廚余單獨存放，氧化亞氮排放量增加了44.4%?！耙虼?，餐飲業(yè)廚余垃圾產(chǎn)生后直至被集中收運處理的時間內(nèi)，要盡量避免生熟廚余的混合投放?！备弑ㄗh。（文/圖 記者 吳君寧）