Исследование влияния пространственной структуры городских агломераций на выбросы углерода на основе пространственных сетей городов

Почему форма скоплений городов имеет значение

По мере того как всё больше людей переселяется в города, то, как городские территории срастаются в крупные городские скопления, может незаметно влиять на глобальные выбросы углерода. В этом исследовании рассматриваются основные китайские «городские агломерации» — группы тесно связанных между собой городов — и ставится простой, но важный вопрос: упрощает ли или, наоборот, затрудняет ли расположение и взаимосвязанность этих городов сокращение углеродных выбросов? Ответ даёт рекомендации по проектированию растущих городских регионов, которые поддерживают как экономическое развитие, так и климатические цели.

Городские скопления как живые сети

Вместо того чтобы рассматривать каждый город как изолированную точку на карте, исследователи воспринимают агломерации как живые сети. Люди, товары и информация циркулируют между узлами, особенно по железнодорожным линиям. Чтобы отразить это, команда использовала подробные расписания пассажирских поездов за 2010, 2015 и 2020 годы, чтобы отобразить реальную связанность 246 городов в 19 крупных китайских агломерациях. Каждый город становится узлом, каждая железнодорожная связь — линией с вычисленной силой, зависящей от частоты поездов, расстояния и размера города. Такой сетевой подход показывает, какие города действительно выступают узлами, а какие — периферийными, и делает это глубже, чем простые подсчёты населения или экономического объёма.

Два способа быть «центром»

Исследование различает два типа центральности в городском скоплении. «Морфологическая» центральность отражает видимый масштаб — как распределено население по городам в регионе. Агломерация более монцентрична, если один крупный город доминирует над остальными, и более полицентрична, если несколько городов сопоставимы по размеру. «Функциональная» центральность, напротив, отражает силу связей города с другими в сети. Небольшой город может быть функционально центральным, если он расположен на важном транспортном или торговом узле. Измеряя оба типа центральности, исследователи могли увидеть не только, какие города большие, но и какие действительно критичны для взаимодействий в регионе.

Измерение формы, связей и выбросов

Чтобы понять, как эти закономерности соотносятся с выбросами углерода, команда объединила несколько наборов данных. Они использовали общепринятые наборы данных по выбросам диоксида углерода на уровне городов, заполняли пробелы оценками со спутников, и сопоставляли их с сетевыми показателями, такими как общая сила связей, плотность локальных кластеров городов и неравномерность распределения связей. Также учитывали общий экономический объём каждой агломерации и её отраслевую структуру. Применяя статистические модели, отслеживающие все 19 агломераций во времени, и перепроверяя результаты методами машинного обучения, они исследовали, как изменения пространственной структуры соотносятся с изменениями выбросов.

Как компактные городские скопления влияют на углерод

Результаты опровергают распространённое предположение, вытекающее из исследований отдельных городов. В пределах одного мегаполиса распределение рабочих мест и жилья по нескольким центрам может сокращать расстояния поездок и снижать выбросы. Но на более крупном уровне городских скоплений исследование обнаруживает обратный эффект. Когда агломерация более монцентрична — то есть один центр явно доминирует по населению и функциональной значимости — её суммарные выбросы углерода, как правило, ниже при учёте размера и структуры отраслей. Концентрация, по-видимому, способствует совместному использованию инфраструктуры, более плотным промышленным кластерам и более быстрому распространению чистых технологий. Вместе с тем исследование показывает, что если несколько связей в сети чрезмерно сильны, а многие другие — слабы (паттерн, который авторы называют высокой «сетевой диспропорцией»), это связано с более высокими выбросами, что указывает на неравномерное развитие и упущенные возможности для эффективного сотрудничества в регионе.

Проектирование регионов с меньшими выбросами

Для неспециалистов вывод прост: расположение и структура связей между городами внутри региона важны для климата. Работа показывает, что предоставление роли одного сильного центрального города в качестве якоря агломерации может помочь сократить выбросы углерода, при условии, что меньшие города остаются хорошо связанными и не отстают слишком сильно. Политики, поддерживающие компактные, хорошо связанные региональные структуры — а не рассеянные, неравные сети средних центров — могут упростить совместное использование инфраструктуры, повысить эффективность и распространение чистых инноваций. Авторы отмечают, что необходимо больше исследований, чтобы полностью распутать причинно-следственные связи, но их выводы дают новую перспективу для регионального планирования в условиях глобального потепления.

Цитирование: Tan, G., Zhang, X., Wang, H. et al. Investigating the impacts of urban agglomeration spatial structures on carbon emissions based on spatial networks of cities. Sci Rep 16, 10863 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44240-x

Ключевые слова: городские агломерации, выбросы углерода, сети городов, пространственная структура, урбанизация Китая