英文题目：Supply-demand security assessment of water-energy-food systems: A perspective on intra-city coupling and inter-city linkages of ecosystem services
中文译名：水-能源-粮食系统供需安全评估：基于城市内耦合和城市间生态系统服务联系的视角
发表时间：2024年
发表期刊：Sustainable Cities and Society
第一作者：Wentong Yang et al
第一单位：河海大学
DOI：10.1016/j.scs.2024.105964
精选理由：本文提出了一种基于生态系统服务的水-能源-食品（WEF）供需安全评估框架，探讨了城市内耦合与城市间联系对供需安全的影响。通过分析辽宁省14个城市的水、碳和粮食生产等生态系统服务指标，研究揭示了东部城市供需安全较高，向西部递减的趋势，并识别出耦合协调重力网络和节点，为制定可持续城市战略提供了科学依据。此框架为城市和区域层面的资源管理与政策制定提供了重要参考。
确保水-能源-食品系统（WEF）的供需安全是可持续城市发展的关键。本研究利用生态系统服务（ES）作为连接WEF供需的桥梁，提出了一个评估WEF供需安全的概念框架，重点考虑了城市内部的耦合以及城市之间的WEF相关生态系统服务的联系。以辽宁省14个城市为例，研究开发了水源产出、碳储存和粮食生产三个生态系统服务的供需指数。通过使用斯皮尔曼等级相关系数、Copula模型、耦合协调度模型、引力模型和社会网络分析方法，基于这些供需指数评估了WEF的供需安全模式。结果表明，辽宁东部城市的WEF供需安全较高，向西逐渐减弱。丹东市的供需安全最高，WEF资源达到中等盈余的概率为98%。丹东-辽阳-鞍山-营口-盘锦-锦州和铁岭-抚顺-本溪两个地区形成了两个极端的WEF耦合协调引力网络。辽阳、盘锦和阜新在WEF耦合协调引力网络中成为枢纽节点，显示出最高的度中心性和介数中心性值。此外，抚顺、辽阳、丹东和铁岭被识别为WEF高耦合协调节点。该供需安全评估框架为制定可持续城市战略提供了科学依据。。
中国-辽宁省。
本研究提出了一种新的供需安全评估框架，基于城市内耦合与城市间生态系统服务（ESs）联系的视角，重点评估了水资源产出、碳储存和粮食生产三个关键的生态系统服务。这一框架结合了多种模型，包括Copula模型、耦合协调度模型、引力模型和社会网络分析，为评估水-能源-粮食（WEF）系统的供需安全提供了全面的科学依据。
通过对辽宁省14个城市的案例研究，发现东部地区的供需安全水平较高，向西逐渐减弱。Dandong市的供需安全最高，具有98%的概率实现资源的中度盈余。此外，辽宁省的城市间形成了两个极端的WEF耦合协调引力网络，且Liaoyang、Panjin、Fuxin等城市是这些网络中的关键节点，表现出较高的中心性和关键性。
研究指出，碳储存服务的供给呈现明显的赤字趋势，长期存在供需风险。这提示，在未来的城市化进程中，尤其是辽宁省西部城市，需要在推动工业化和城市化的同时，加强生态保护，平衡资源的可持续利用。Panjin可作为连接东部与西部城市的关键枢纽，发挥桥梁作用，优化区域间资源配置。
本研究通过综合运用多种分析工具，提出了从城市内外生态系统服务耦合和联系的角度出发，评估水-能源-粮食系统供需安全的新框架。通过这一框架，能够更好地理解不同城市之间水、能源、粮食等资源的供需状况，为城市可持续发展提供理论支持。
辽宁省不同地区的供需安全存在显著差异，特别是在东部和西部的安全模式上。通过引力网络和社会网络分析，明确了关键城市和耦合节点，显示出区域间的相互依赖和协调对WEF系统安全至关重要。这些关键节点和网络结构为城市政策的优化和资源调配提供了清晰的方向。
研究表明，碳储存服务的长期赤字可能带来供需不平衡的风险，尤其是在辽宁省西部。面对这一挑战，西部地区应优先考虑生态保护与城市化之间的平衡，确保可持续发展。未来的研究需要更精细的尺度和更多的生态系统服务指标，以进一步优化资源配置，减少资源冲突，实现低碳可持续的城市发展。
图2. 评估WEF供需安全的概念框架。
图3. 辽宁省选定年份W(a,b)、E(c,d)和F(e,f)供给与需求的时空演变。
图4. 2000–2022年辽宁省各城市SDIW(a,b)、SDIE(c,d)和SDIF(e,f)的时空特征。
图5. 辽宁省SDIW、SDIE、SDIF Copula建模情况。
图6. 辽宁省各城市(a)和辽宁省(b)SDIWEF超标概率。
图7. WEF耦合协调重力网络特征。
图8. 辽宁省水资源供需安全格局。
表1. W、E、F的供需量化方法。
表2.本文使用的数据类型、单位和来源。
表3. SDI的分类标准。
表4. 辽宁省SDIW、SDIE、SDIF之间的Spearman等级相关系数。
表5. 与 WEF 相关的 ES 供需评估的最新进展（2022-2024 年），（W:水产量服务；E:碳储存服务；F:粮食生产服务；S:土壤保持服务）。
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